[发明专利]一种Nd掺杂ZnO纳米花-多孔空心SnO2

说明书

本发明涉及光催化降解技术领域，且公开了一种Nd掺杂ZnO纳米花‑多孔空心SnO₂的光催化材料，SnO₂和ZnO同时具有带间跃迁，由于SnO₂和ZnO之间的价带和导带能级不同，光生空穴从SnO₂价带转移到ZnO价带，光生电子从ZnO的导带转移到SnO₂的导带，从而降低了电子与空穴的复合和重组，并提高了SnO₂‑ZnO复合光催化材料的量子效率，价带空穴具有良好的氧化性，而导带电子具有良好的还原性，在水溶液中，材料表面吸附的O₂通过捕获电子以形成超氧离子自由基，光生空穴将复合光催化材料表面的H₂O和OH^‑氧化为具有高活性的羟基自由基，将马拉硫磷、乙酰甲胺磷等有机农药污染物降解为磷酸盐等无机小分子，从而达到完全降解的目的。

技术领域

本发明涉及光催化降解技术领域，具体为一种Nd掺杂ZnO纳米花-多孔空心SnO₂的光催化材料及其制法。

背景技术

有机磷农药具有品种多，功效高，使用方便等特点，但在使用过程中，只有一小部分农药可以发挥有效的作用，大多数农药会粘附在农作物上，残留在土壤中或漂浮在大气中，通过降雨，农田排水和向浅层地下水的渗透，在环境介质中不断循环，污染生态环境，威胁人类健康，由于有机磷化合物的强毒性和磷噬菌体细菌去除磷的效率低，处理后的废水中有机磷的含量通常高于国家排放标准。

光催化法对除草剂，杀菌剂，生长调节剂和农药助剂的降解均有较好的效果，且条件温和，操作简单，成本低廉，光催化技术在常温常压下利用半导体材料在太阳光或紫外光的照射下产生光生电子与空穴，激发活性氧自由基，在这些活性氧自由基的作用下有机污染物被降解成H₂O、CO₂和无机离子，早期由于TiO₂具有高化学稳定性、强催化活性、无毒、成本低等优点而受到了广泛的关注，但随着光催化技术的不断发展，现今已开发研制出许多新型纳米光催化剂，如ZnO、CdS、WO₃、SnO₂、Fe₂O₃等，其中，ZnO是一种常见的半导体光催化剂，具有优良的光电性能，高稳定性，无毒无害，价格低廉的特点，但是，其比表面积小，带隙宽，仅对紫外线有反应，使得光生电子与空穴容易出现复合，SnO₂具有与ZnO相同的良好电导率，稳定性和光电性能，但其比表面积小，对光的利用效率不高，并且SnO₂的光生电子和空穴也很容易复合和重组，导致对马拉硫磷和乙酰甲胺磷等有机磷农药的光催化活性降低。

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种Nd掺杂ZnO纳米花-多孔空心SnO₂的光催化材料及其制法，解决了单一的ZnO和SnO₂光催化材料的光生电子和空穴容易复合，严重影响了其对马拉硫磷和乙酰甲胺磷等有机磷农药的光催化降解活性。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种Nd掺杂ZnO纳米花-多孔空心SnO₂的光催化材料，所述Nd掺杂ZnO纳米花-多孔空心SnO₂的光催化材料制备方法包括以下步骤：

(1)将硝酸锌、硝酸钕和聚乙二醇加入蒸馏水中，超声至均匀形成前驱体混合液，在40-70℃下超声水浴氛围中，将前驱体混合液滴加加入到氢氧化钾溶液中，超声处理8-15min，将混合溶液转移到高压反应釜装置中，进行水热反应，然后自然冷却到室温，利用蒸馏水离心洗涤、干燥，产物置于电阻炉中，在 650-750℃下煅烧2-4h，得到Nd掺杂ZnO纳米花；