[发明专利]应用于染料废水处理的Ce掺杂球形ZnO光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种应用于染料废水处理的Ce掺杂球形ZnO光催化剂及其制备方法。

背景技术

利用半导体材料作为光催化剂，可光催化氧化处理有机污染物。ZnO是半导体光催化剂中非常高效的一种，是一种具有诸多卓越性能的新型宽禁带半导体材料，在波长低于387.5nm的紫外光照射下，可产生光致电子空穴对，具有良好的催化特性，且锌源广泛，制备操作简单，无毒、无污染。ZnO可以通过光辅助催化作用破坏各种有机污染物，导带上的电子具有适中的还原能力，能将水中的重金属离子还原，而不会去除水中对人体有益的矿物质元素。但ZnO作为一种光催化剂，本身存在一些缺陷，如可见光的利用率低，光生电子复合率高等，该缺点在一定程度上限制了ZnO光催化性能。基于掺杂改性的技术方法，将Ce掺杂到ZnO的晶体结构中，氧化锌和铈的界面产生肖特基势垒，在ZnO块体和新形成界面之间形成一个有效的电子通道，可以有效减少ZnO中的电子数目，从而抑制电子-空穴对再复合。当Ce³⁺离子进入到ZnO晶格中导致局部的晶格缺陷，从而导致电荷的不平衡，促使电荷达到平衡，ZnO表面将吸附一些OH^-，这些OH^-可以与产生的空穴结合而形成·OH，·OH能与表面被吸附的物质发生反应，从而抑制电荷载体的重新结合，提高光催化性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用于染料废水处理的Ce掺杂球形ZnO光催化剂及其制备方法，提高其在紫外可见光下光催化降解染料废水中的有机污染物的降解效率。

本发明所采用的技术方案是：

应用于染料废水处理的Ce掺杂球形ZnO光催化剂的制备方法，其特征在于：

由以下步骤实现：

步骤一：在250mL的烧杯中依次加入1.00～1.20g六水合硝酸锌、0.55～0.60g六亚甲基四胺、0.25～0.28g柠檬酸钠、0.01～0.04g六水合硝酸铈和200mL蒸馏水，机械搅拌0.5～1h，然后用氨水调节体系pH为11；

步骤二：将步骤一得到的混合溶液先转移到聚四氟乙烯内衬的微波水热罐中，填充比50%，然后放入微波消解仪反应；反应温度140～170℃，微波功率600～800W，保温反应时间2～3h；反应结束后，取出水热罐；

步骤三：将步骤二得到的混合液离心并分别用蒸馏水和无水乙醇洗涤离心得到的沉淀物，沉淀物置于60～80℃真空烘箱中反应8～12h，即得到Ce掺杂球状ZnO光催化剂。

如所述的应用于染料废水处理的Ce掺杂球形ZnO光催化剂的制备方法制得的光催化剂。

Ce掺杂球形ZnO光催化剂的形貌呈球状结构，球状结构由平均直径10～20nm的纳米球自组装而成。

本发明具有以下优点：

本发明以六亚甲基四胺为碱源，氨水为体系pH调节剂，六水合硝酸锌为ZnO的晶种来源，柠檬酸钠为球状ZnO的形貌诱导剂，六水合硝酸铈为掺杂剂，经机械搅拌、微波辅助水热法合成、离心、干燥等步骤，制备得到Ce掺杂球状ZnO光催化剂，操作简单、结晶性良好、光催化效率高。该方法为微波辅助水热法，具有制备体系稳定、经济可行等优点，为工业化生产高纯度、形貌可控的Ce掺杂球状ZnO光催化剂材料提供了技术条件。本发明制备的Ce掺杂球形ZnO光催化剂在150W紫外可见光源下，光照80min后对罗丹明B（10mg/L）的光催化降解效率为99.80%。

附图说明

图1：实施例所举条件下制备的样品X-射线衍射光谱图。

图2：实施例1条件下制备的Ce掺杂球状ZnO样品场发射扫描电镜照片。

图3：实施例2条件下制备的Ce掺杂球状ZnO样品场发射扫描电镜照片。

图4：实施例3条件下制备的Ce掺杂球状ZnO样品场发射扫描电镜照片。

图5：实施例4条件下制备的Ce掺杂球状ZnO样品场发射扫描电镜照片。

图6：实施例所举条件下制备的ZnO光催化剂光催化降解罗丹明B的降解效率随光照时间的变化。

图7：实施例4所制备的Ce掺杂球状ZnO光催化剂在紫外可见光作用下（150W，汞灯），光催化降解罗丹明B溶液（10mg/L）在400～650nm范围内的吸光度值随光照时间的变化。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。