[发明专利]原位还原金纳米晶核剂诱导的松树形氧化锌催化剂

说明书

技术领域

本发明属于光催化剂制备及废水治理领域，具体涉及一种原位还原金纳米晶核剂诱导，具有高效吸附和光催化性能的松树形Au修饰氧化锌催化剂的制备方法及其应用于高效去除废水中的As(III) 和阴离子型染料。

背景技术

ZnO作为一种重要的光催化剂，引起了研究者们极大的兴趣。迄今为止，研究者们已经开发了各种有效的纳米晶体生长方法来调控ZnO的形貌。主要包括气相合成法：气液固法、化学气相沉积法、热蒸发法和液相合成法。其中，液相合成法中的晶种调节法，可以通过调控成核晶种的晶相来控制纳米晶体的形状，越来越受到人们关注。

近年来，在半导体表面负载金（Au）、银（Ag）、铂（Pt）等贵金属已经引起了众多研究者的兴趣。贵金属/ZnO复合材料可以降低光生电子-空穴对的复合率，有利于光催化活性的提高。例如专利CN 102965622A公开了一种表面掺杂Au或Pt纳米晶的敏感膜的制备方法，该发明先在耐高温衬底上生长一层SnO₂或ZnO敏感膜，然后在该SnO₂或ZnO敏感膜上生长一层Au或Pt，最后在退火炉里退火得到表面掺杂Au或Pt纳米晶的SnO₂或ZnO敏感膜。专利CN102644100B公开了一种金修饰的棒-针状纳米氧化锌阵列及其制备方法。该发明采用的是电沉积法，在硅片衬底上制得晶化了的纳米氧化锌棒阵列，再在表面蒸镀一层2~3nm的金膜，再将中间产物与硫化锌粉一起置于氩气气氛中，制得棒-针状纳米氧化锌阵列。

目前大部分贵金属/ZnO复合材料的制备都是通过在氧化物表面沉积贵金属纳米粒子，这是一种非常有效的手段。但是贵金属暴露在反应媒介中，在光催化反应中容易被腐蚀或者溶解，而且制备工艺复杂、环境不友好。

发明内容

本发明的目的在于针对目前在ZnO表面沉积贵金属纳米粒子容易被腐蚀、制备工艺复杂、环境不友好等缺点，提供一种松树形Au修饰氧化锌催化剂及其制备方法和应用，制备条件简单，易于操作，使金纳米粒子均匀分散在ZnO中，可以提高金纳米粒子的化学稳定性，同时作为晶核剂诱导调控ZnO的形貌结构，并应用于砷污染废水和染料废水的治理。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种松树形Au修饰氧化锌催化剂是采用原位还原金纳米晶核剂诱导制得的，催化剂中Au的质量百分数为0.1%-10%。

利用乙二醇原位还原氯金酸，采用醇热的方法合成松树形Au修饰氧化锌催化剂。具体步骤如下：将氯金酸溶解于乙二醇中，搅拌均匀，加入醋酸锌和尿素，醋酸锌与尿素的物质的量的比例为1：1~5，搅拌均匀制得前驱物，100-200℃保温10-36小时，自然冷却至室温，所得沉淀经蒸馏水洗涤数次后，60-80℃烘干12-24小时，即得所述的松树形Au修饰氧化锌催化剂。

所述的松树形Au修饰氧化锌催化剂表面带正电，用于高效吸附光催化氧化去除废水中的As(III)和阴离子型染料。

本发明的显著优点在于：针对目前在ZnO表面沉积贵金属纳米粒子容易被腐蚀、制备工艺复杂、环境不友好等缺点，提供一种制备条件简单、易于操作的制备方法，使金纳米粒子均匀分散在ZnO中，作为晶核剂调控ZnO结构。经过金纳米粒子改性修饰的ZnO由于表面带正电，对于As(III)和阴离子型染料有着较强的吸附和光催化降解性能，去除率高达90%以上。

附图说明

图1是实施例3合成的催化剂的场发射扫描电镜图。                                       

图2是实施例3合成的催化剂的XRD图。

具体实施方式

一种松树形Au修饰氧化锌催化剂是采用原位还原金纳米晶核剂诱导制得的，催化剂中Au的质量百分数为0.1%-10%。

利用乙二醇原位还原氯金酸，采用醇热的方法合成松树形Au修饰氧化锌催化剂。具体步骤如下：将氯金酸溶解于乙二醇中，搅拌均匀，加入醋酸锌和尿素，醋酸锌与尿素的物质的量的比例为1：1~5，搅拌均匀制得前驱物，100-200℃保温10-36小时，自然冷却至室温，所得沉淀经蒸馏水洗涤数次后，60-80℃烘干12-24小时，即得所述的松树形Au修饰氧化锌催化剂。