[发明专利]一种ZnO纳米花及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属氧化物半导体纳米材料的催化领域，具体涉及到一种负载在三维孔道中的用于光催化降解次甲基蓝的半导体金属氧化物纳米花的制备方法。

背景技术

人们对半导体纳米光学材料的研究越来越广泛。从1972年Fujishima和Honda利用TiO₂电极实验发现光解水现象开始，人们逐步开始对半导体材料进行研究。纳米材料作为新型材料的一种，其从发展到现在也不过二三十年的时间。近年来，我国通过结合国家战略需求，对纳米技术在能源、环境、资源和污水处理等领域开展深入研究，随后光催化特性作为纳米材料的一种光学特性而被人们广泛研究。它指当物质在光照条件下，自身由于独特的光学催化特性，使污染物(包括有机物、无机物)在光照条件下自身降解的过程。光催化过程是光反应过程和催化过程的融合，是半导体纳米材料自身将光能转化为化学能的过程。光催化技术是一种深度的氧化还原过程。作为纳米光催化反应的降解剂来说，半导体纳米材料有着独特的优势和特点：首先，反应过程中利用绿色环保的太阳能作为反应的前提条件，这样做一方面在自然环境下进行反应能够有效的降低能耗，节约资源利用，并且不会在反应过程中引入新的杂质；另一方面对于反应本身来说，操作简单，适用范围广阔，对实验本身及对环境都不会造成二次污染；其次，催化剂本身无毒害、对环境无污染、稳定性较好，并且可以循环利用，极大的提高了资源再利用的原则；最后，光催化降解过程彻底、不复发，最后的生成物为有机小分子等各种无毒性产物。但是，由于ZnO纳米材料比表面积较大、表面能非常高，极容易发生团聚。在反应过程中还存在活性组分易流失、催化剂难回收等问题。如果不能解决好这些问题，将无法发挥纳米材料作为催化剂的优势。而将纳米材料负载在大孔花中既解决了团聚和组分流失的问题，又使得催化剂得到回收。在众多孔洞材料中，墨鱼骨其具有与其海洋漂浮习性相适应的三维网状、多孔房架式结构。墨鱼骨与磷酸盐可生成羟基磷灰石，并且保留墨鱼骨三维网状、多孔房架式结构，具有较高的比表面积，另外羟基磷灰石自身具有催化性能，是较好的催化剂载体。

然而，对于ZnO纳米花在三维孔道中的负载技术及其光催化性能的研究，还存在着很多问题需要去解决。

首先，早先的研究者们他们研究的催化剂载体多为锌片或金属筛网，而对于天然的大孔墨鱼骨或藤壶壳几乎没有被用作催化载体的，进而在此类大孔材料中生长所遇到的毛细管效应、生长形貌的控制、三维孔道中受限生长等问题都需亟待解决。对于ZnO纳米花的结构、尺寸和形貌等因素是否会对催化性能造成影响，并没有深入研究，更没有提出如何提高负载在大孔材料中的ZnO纳米花的光催化效率的办法。

其次，光催化剂载体应具有气流阻力小、几何表面大、无磨损等特点。本发明呈现了负载ZnO纳米花的墨鱼骨其表面覆盖均匀，比表面积大，同时具有热稳定性的光催化剂活性。

再次，纳米材料的催化活性需要提高。大幅提高催化剂的催化活性、减少催化剂的用量，是当前需要的重要问题之一。大多数传统的催化剂不仅催化效率低，而且其制备是凭经验进行，不仅造成生产原料的巨大浪费，使经济效益难以提高，而且对环境也造成污染。对于大规模工业化合成反应来说，每年就会是一笔很大的负担。因此，提高催化剂的活性和利用率，是当前发明负载在三维孔道中的ZnO纳米花的原因，同时，相关发明也将会极大地推动纳米催化技术的发展。

发明内容

针对以上技术现状，本发明所要解决的技术问题是：针对ZnO纳米材料催化剂的不足，提供了一种反应条件温和、制备过程简单、成本低廉、可循环利用、环保的，负载在在大孔中的具有优良催化性能的ZnO纳米花及其光催化处理次甲基蓝的研究。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：合成一种负载在三维孔道材料中的能用于光催化反应的金属氧化物纳米花，所述的制备方法是以三维孔道材料作为载体，通过锌盐与分散剂在水热反应条件下来制备金属氧化物纳米花，具体包括以下步骤：

选择市售墨鱼干，从墨鱼干中取出舢板状墨鱼骨并去除外壳，切削成片状，用蒸馏水连续冲洗，甩干后利用墨鱼骨的三维精致结构与磷酸盐进行梯度水热反应，并采用多次高温烧结技术，制备高比表面积的大孔径羟基磷灰石，以备用；

将锌盐溶于水中，得到锌盐水溶液，其中溶液浓度为0.10～0.25mol/L；

将分散剂聚乙二醇(PEG600)逐滴加入到锌盐水溶液中，其中PEG600与锌盐的质量比为0～6:1；