[发明专利]一种介孔氧化锌微球光催化剂的制备方法

说明书

本发明涉及一种催化剂的制备方法，特别是涉及一种介孔氧化锌微球光催化剂的制备方法

背景技术

人类活动的不断加剧，导致有机污染物的排放量逐年增加，造成严重的环境污染。科研工作者采取各种措施来解决这一问题，过去几十年，传统物理方法如吸附、生物降解、凝结以及离子置换等手段用于去除废水中的有机污染物。但是这些方法很容易引起二次污染，并且并不能有效去除有机污染物。

利用金属氧化物作为光催化材料作为一种新的空气和水的净化技术得到广泛的应用，半导体光催化技术在利用太阳光水分解和有机污染物的光降解领域有非常广阔的应用前景，因此成为最活跃的研究领域之一。在各类光催化材料中，ZnO由于价格便宜，化学和光化学稳定性好，材料无污染成为最受关注的材料之一，作为半导体材料，氧化锌在紫外光照下可降解有机污染物。氧化锌有很多不同的结构，如ZnO纳米线，纳米管，纳米棒，微球，其中，ZnO介孔微球由于具有可调的孔道结构、较高的表面电荷传输率和较高的比表面积，在光催化、化学感光、太阳电池和气敏传感器等领域具有非常广阔的应用前景。

ZnO微球的合成方法有硬模板法和软模板法，硬模板法主要是以PS微球，SiO₂球，树脂球等为模板，通过前驱体在模板上的填充和包覆，然后去除模板得到产物；软模板法主要是利用囊泡、液滴、微乳液、以及嵌段共聚物胶束等为模板，通过这些模板介观尺寸的有序结构以及亲水、亲油等特性来控制颗粒大小和形状。由于硬模板法需要复杂后续处理去除模板材料，所以在应用领域受到限制。因此，需要进一步研究ZnO介孔微球的合成工艺以及光催化特性，从而进一步提高金属氧化物在光催化方面的应用。虽然当前介孔微球的合成一直是研究热点，但通过优化工艺进一步提高光催化剂的稳定性及光催化效率等问题仍是其在光催化领域的关键问题。

发明内容

为了克服现有技术的缺点，本发明提供一种简单可行的介孔ZnO微球光催化剂的制备方法。 

一种介孔氧化锌微球光催化剂的制备方法，其特征在于按100毫升酒精溶解0.1～0.9 mmol的嵌段聚合物，搅拌至聚合物完全溶解；按嵌段聚合物和锌前驱体摩尔比为0.01～2比例称取水溶性锌盐，加入0.1～1 毫升的二乙醇胺，或三乙醇胺，溶解后继续搅拌3～8小时，制得锌前驱体溶液；将溶液置于反应釜中，100～200℃温度下反应12～48小时，过滤后得到白色粉末，用酒精和水离心冲洗后，将粉末在50～100 ℃温度下烘干，即得到介孔氧化锌微球光催化剂。

所述的嵌段聚合物为聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物（P123），或聚苯乙烯-聚氧乙烯。

所述的水溶性锌盐为硝酸锌水合物，或二水醋酸锌，或硫酸锌水合物，或氯化锌水合物。

本发明的优点在于：介孔ZnO微球具有较大的比表面积，制备方法简单，便于调控介孔微球的结构和尺寸分布；该方法制备的ZnO微球为空心结构，比表面积大，可用于光催化剂、气敏传感器和光伏器件等，以期提高光催化效率、降低成本。通过优化工艺，光催化活性可以达到99 %以上。该方法操作简单，制备出来的ZnO介孔微球尺寸和结构可调，由于微球表面具有介孔结构，因此具有很大的比表面积，适合在光催化剂和气敏传感器中应用。本发明制备方法简单易行，合成条件温和，易于调控。

附图说明

图1为本发明的介孔ZnO微球。

图2为本发明制备的ZnO微球的光催化活性。

具体实施方式

实施例1：

称取4.2 g的P123聚合物溶解于50 ml的酒精中，称取4.4 g的醋酸锌粉末和2 ml的二乙醇胺加入上述溶液，搅拌5小时制得前驱体溶液。将前驱体溶液置于反应釜中，于120 ℃反应24小时，离心得到色粉末即为ZnO微球。60℃下干燥24小时。50 min后降解率为56 %。

实施例2：

称取4.2 g的P123聚合物溶解于50 ml的酒精中，称取2.2 g的醋酸锌粉末和2 ml的二乙醇胺加入上述溶液，搅拌5小时制得前驱体溶液。将前驱体溶液置于反应釜中，于180℃反应24小时，离心得到色粉末即为ZnO微球。60℃下干燥24小时。50 min后降解率达到99.3 %。

实施例3：

称取4.2 g的P123聚合物溶解于50 ml的酒精中，称取4.4 g的醋酸锌粉末和1 ml的二乙醇胺加入上述溶液，搅拌5小时制得前驱体溶液。将前驱体溶液置于反应釜中，于180 ℃反应24小时，离心得到色粉末即为ZnO微球。60℃下干燥24小时。50 min后降解率达到99.87 %。

实施例4：

称取上述实施例所得的ZnO粉体0.05 g，加入100 ml甲基橙溶液（30 mg/ml）中，放置暗处超声30分钟，再电磁搅拌30分钟，使粉末充分分散，并使吸附达到平衡。将达到吸附平衡后的混合溶液置入光催化反应仪中，采用300 W高压汞灯作为光源，每隔10 min取样一次，然后离心分离，取上层清液。