[发明专利]一种碳纤维负载氧化锌光催化复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳纤维负载氧化锌光催化复合材料及其制备方法，本发明通过将活化碳纤维浸泡在含有锌离子的溶液中然后再浸泡在硝酸锌和六次甲基四氨溶液中，得到碳纤维负载氧化锌光催化复合材料。本发明克服了现有技术中氧化锌光生电子‑空穴对复合率较高，回收较困难、对可见光响应能力差等问题，工艺简单、成本较低、反应周期短、副产物少且无害，所得到的碳纤维负载氧化锌光催化复合材料光催化活性高。

技术领域

本发明属于碳纤维材料技术领域，尤其涉及一种碳纤维负载氧化锌光催化复合材料及其制备方法。

背景技术

随着经济的快速发展，日益严重的环境污染问题已经引起了相当大的关注。在各种环境污染中，纺织印染等过程中产生的工业废水由于其毒性大，流动性强，对环境的影响范围广。目前常用的水污染控制技术有电解、臭氧氧化、过滤、吸附、还原和生物降解。但这些方法存在处理成本高、反应周期长、二次污染等缺点。因此，有必要寻找一种去除效率高、操作简单、成本低、易于大规模应用的水污染治理技术。半导体光催化氧化法是一种新型的水处理技术，具有能耗低、操作简单、污染物处理彻底、二次污染少等突出特点。因此，该技术具有传统水处理方法无法比拟的潜力，也是一种应用前景广阔的绿色水污染控制技术。

氧化锌(ZnO)是一种传统的II-VI半导体光催化材料，它在光照下产生的光生电子-空穴对能将有机污染物分解成无害的H₂O和CO₂，引起了人们的极大兴趣。但是粉末状的氧化锌在实际应用中存在着一些缺陷：首先，氧化锌颗粒易团聚，导致光生电子-空穴的复合率高，光催化活性降低；其次，粉末氧化锌容易流失，使用后回收过程复杂、成本高；最后，氧化锌是宽禁带半导体材料，只有在紫外光照射下才会产生光生电子-空穴对，极大的限制了其在可见光波段的应用。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种碳纤维负载氧化锌光催化复合材料及其制备方法，克服现有技术中氧化锌光生电子-空穴对复合率较高，回收较困难、对可见光响应能力差等问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种碳纤维负载氧化锌光催化复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1.将碳纤维置于丙酮溶液中，超声处理30-120min，再浸泡24-48h，水洗后干燥，得到预处理碳纤维；

S2.将S1步骤所得预处理碳纤维放入硝酸溶液中加热1-3h，干燥，得到处理碳纤维；

S3.将乙酸锌的乙醇溶液和氢氧化钠的乙醇溶液按照体积比1:1-1.2混合，搅拌得到种子溶液，将S2步骤所得处理碳纤维在种子溶液中浸泡30-120min，烘干，得到籽晶层碳纤维材料；

S4.将硝酸锌溶液和六次甲基四氨溶液按照体积比1:1-1.2混合，制得成长液，将S3步骤所得籽晶层碳纤维材料浸入成长液中，加热5-11h，即得。

碳纤维由于其具有较好的加工性、较大的比表面积、较好的可见光响应能力，使其成为理想的粉末氧化锌负载载体。因此，碳纤维上负载氧化锌所制得的复合材料在污水治理等生产生活领域有着广阔的应用前景。

氧化锌属于宽禁带半导体，与碳纤维复合后禁带宽度变窄，光吸收范围可扩展至可见光波段，大大加强了氧化锌的应用范围；同时，碳纤维具有一定的导电性，氧化锌受到光激发产生的光生电子可以转移到碳纤维表面，加强光生电子-空穴对的分离效果，从而加强光催化效果。

进一步地，S1和S2步骤中干燥温度为30-80℃。

进一步地，S2步骤中硝酸溶液的浓度为25-75vt％。

进一步地，S2步骤中加热温度为60-90℃。

进一步地，S3步骤中乙酸锌的浓度为0.001-0.0025mol/L，氢氧化钠的浓度为0.0045-0.0055mol/L。