本发明专利技术公开了一种ZnS/GO多孔微球纳米材料的制备方法及其在光催化降解废水中的应用。所述制备方法为：将含有锌源和硫源的混合溶液倒入装有氧化石墨烯片的聚四氟乙烯做内衬的反应釜中，然后进行密闭，放入反应炉里进行加热反应，得到ZnS/GO多孔微球纳米材料；所述含有锌源和硫源的混合溶液的制备方法为：将Zn(CH3COO)2·2H2O加入到去离子水中完全溶解，然后加入与Zn(CH3COO)2·2H2O相同物质的量的五水合硫代硫酸钠，混合均匀，再在混合液中加入十六烷基三甲基溴化铵即可。本发明专利技术合成的ZnS/GO多孔微球纳米材料具备优良的光催化性能，能作为光催化剂，作用于纺织废液处理，分解有色染料等。
Preparation and Application of ZnS/GO Porous Microsphere Nanomaterials
The invention discloses a preparation method of ZnS/GO porous microsphere nanomaterial and its application in photocatalytic degradation of wastewater. The preparation method is as follows: the mixed solution containing zinc source and sulfur source is poured into the reactor lined with polytetrafluoroethylene oxide sheet, then sealed and heated in the reactor to obtain ZnS/GO porous microsphere nanomaterials; the preparation method of the mixed solution containing zinc source and sulfur source is as follows: adding zinc (CH3COO) 2.2H2O into deionized water to finish. Dissolve completely, then add the same amount of sodium thiosulfate pentahydrate as zinc (CH3COO) 2. 2H2O, mix evenly, and then add cetyltrimethylammonium bromide in the mixture. The ZnS/GO porous microsphere nanometer material synthesized by the invention has excellent photocatalytic performance, can be used as a photocatalyst to treat textile waste liquor, decompose colored dyes, etc.
【技术实现步骤摘要】
ZnS/GO多孔微球纳米材料的制备方法和应用
本专利技术涉及一种高效的纳米材料的制备方法及应用，属于材料科学领域。
技术介绍
光催化的动力能源太阳能蕴藏量丰富，取之不尽、用之不竭，并且不会产生废气来污染环境，因此光催化在材料、环境和化学领域受到越来越多的关注。光催化的应用也相当广泛，例如可以将太阳能转化成高密度的电能和化学能，并且可以直接应用于制取氢能源与降解污染物(特别是有机污染物)等。但是，随着研究的加深，人们发现大部分的光催化材料本身具有很大的禁带宽度，只能吸收420nm以内的紫外光，限制了材料对光的吸收范围，除此之外，光激发电子与空穴也很容易重新复合，降低了光催化效率。因此当前针对抑制光激发电子与空穴的重组与降低禁带宽度的研究显得尤为重要，其中越来越多的研究人员将目光投向石墨烯这一新兴的纳米材料，石墨烯能有效改善材料对光的吸收范围小的缺点，进而提高光催化效率。石墨烯具有相当大的比表面积，所以石墨烯复合材料能够提高对污染物的吸附；石墨烯的透光率高达97.7％，增强了光吸附强度和光吸收范围；此外石墨烯优良的电子迁移率和载流子特性提高了光激发电荷的传输和分离。因此掺杂石墨烯能很好地改善一般半导体材料可见光利用率低和激发电子-空穴复合概率高等不足。硫化锌(ZnS)是一种重要的II-VI族半导体化合物，具有3.72-3.77eV(立方相为3.72eV，六方纤锌矿相为3.77eV)的直接带隙和40meV的激子结合能。由于这些优异的性能，氧化锌广泛应用于各种高科技应用领域，如发光二极管、传感器、红外窗口、光催化、电致发光器件等。近年来，由于工业发展迅速，环境污染已成为人们关注的主要问题，尤其是由废水排放和服装厂废染料造成的水污染。因此，需要一种有效的方法来降解这些有毒化学品和废染料。有机染料的光催化降解是控制水污染最有效的方法之一。在这方面，氧化锌被认为是最有效的光催化剂，用于降解有机污染物。硫化锌主要采用水热法对其进行合成制备，并通过改变反应条件研究不同反应体系对最终产物形貌的影响，合成了具有多种形态的氧化锌纳米晶体，作为光催化剂应用于污水治理、分解有色染料等方面。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题是：提供一种ZnS/GO多孔微球纳米材料的制备方法和用途，该材料可以作为光催化剂，作用于污水治理、分解有色染料。为了解决上述问题，本专利技术提供了一种ZnS/GO多孔微球纳米材料的制备方法，其特征在于，将含有锌源和硫源的混合溶液倒入装有氧化石墨烯(GO)片的聚四氟乙烯做内衬的反应釜中，然后进行密闭，放入反应炉里进行加热反应，得到ZnS/GO多孔微球纳米材料；所述含有锌源和硫源的混合溶液的制备方法为：将Zn(CH3COO)2·2H2O加入到去离子水中完全溶解，然后加入与Zn(CH3COO)2·2H2O相同物质的量的五水合硫代硫酸钠，混合均匀，再在混合液中加入十六烷基三甲基溴化铵即可。优选地，所述的氧化石墨烯片的制备方法为：将石墨粉、硝酸钠溶解于浓硫酸，用磁力搅拌器将溶液在冰水浴中搅拌均匀，然后将KMnO4分多次加入到混合液中，在20℃下保持2h，然后在35℃下搅拌2h，再用去离子水稀释混合溶液，在90℃下剧烈搅拌0.5h；将H2O2缓慢添加到溶液中并搅拌均匀；用盐酸溶液和去离子水反复洗涤混合液，去除残留的硫酸根离子；将混合液在-60℃的真空条件下冷冻干燥，通过研磨获得GO粉末，将其分散于无水乙醇中，得到均匀的悬浮液涂在未沉积的硅基片上；最后将硅基片置于石英炉中，在1小时内将温度调到650℃，再自然冷却到室温，即得氧化石墨烯片。更优选地，所述石墨粉与硝酸钠的重量比为1：1；浓硫酸的质量浓度为98wt％；石墨烯与KMnO4的重量比为1：2～3；H2O2的质量浓度为30wt％，石墨烯与H2O2的比例为1g：(6～7.5)mL。优选地，所述含有锌源和硫源的混合溶液中Zn(CH3COO)2·2H2O与去离子水的质量体积比为1g：5mL；Zn(CH3COO)2·2H2O与十六烷基三甲基溴化铵的质量比为16：1。优选地，所述反应炉内的温度为120℃，反应时间为16h。本专利技术还提供了一种上述ZnS/GO多孔微球纳米材料的制备方法制得的ZnS/GO多孔微球纳米材料作为光催化剂在光催化降解废水中的应用，具体用于纺织废液治理、分解有色染料。本专利技术使用十六烷基三甲基溴化铵作为表面活性剂，采用水热法合成了多孔微球的ZnS/GO纳米材料，并研究了合成过程的最优条件。当CTAB浓度增加时，氧化锌的表面形态由纳米墙转变为稻米状氧化锌纳米颗粒，然后变成多孔球体。此外，随着反应温度的升高，制备的样品表面粗糙度降低，分散性逐渐增大。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：当CTAB用量为0.04g，反应温度为120℃时，制备的ZnS/GO多孔微球比其他样品具有更好的催化性能，可降解各种染料。50分钟内甲基橙的降解率达97.6％，亚甲基蓝的降解率达97.1％。本专利技术合成的ZnS/GO多孔微球纳米材料具备优良的光催化性能，能作为光催化剂，作用于纺织废液处理，分解有色染料等。附图说明图1、2分别为实施例1制得的ZnS/GO多孔微球纳米材料不同比例的SEM图片；图3为对比例1制得的ZnS/GO的SEM图片；图4为对比例2制得的ZnS/GO的SEM图片；图5为实施例1制得的ZnS/GO多孔微球纳米材料的X射线能谱分析；图6为实施例1制得的ZnS/GO多孔微球纳米材料的紫外-可见光吸收光谱；图7为实施例1制得的ZnS/GO多孔微球纳米材料降解亚甲基蓝的紫外-可见光谱；图8为实施例1制得的ZnS/GO多孔微球纳米材料降解甲基橙的紫外-可见光谱。具体实施方式为使本专利技术更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。实施例1一种ZnS/GO多孔微球纳米材料的制备方法，具体步骤为：(1)制备含有锌源和硫源的混合溶液：使用电子天平准确称量0.659gZn(CH3COO)2·2H2O，将去离子水加入烧杯中，用玻璃棒搅拌至完全溶解，再加入相同物质的量的五水合硫代硫酸钠，将所得溶液混合均匀。向其中加入0.04g的十六烷基三甲基溴化铵。利用磁力搅拌机搅拌半个小时至均匀，得到含有锌源和硫源的混合溶液。(2)将2g石墨粉和2g硝酸钠溶解于40mL硫酸(98wt％)中。用磁力搅拌器将溶液在冰水浴中搅拌30分钟。然后将6g的KMnO4(99.5wt％)分为6份，缓慢加入混合液中，在20℃下保持2h，然后在35℃下搅拌2h。再用160mL去离子水稀释混合溶液，在90℃下剧烈搅拌0.5h。此后，将12mL的H2O2(30wt％)缓慢添加到溶液中并搅拌均匀。用0.5mol/L盐酸溶液和去离子水反复洗涤混合溶液，去除残留的硫酸根离子。然后在-60℃的真空条件下冷冻干燥，通过研磨获得GO粉末，将其分散于无水乙醇中，得到均匀的悬浮液涂在未沉积的硅基片上。最后将硅基片置于高温石英炉中，在1小时内将温度调到650℃。再冷却到室温时，得到氧化石墨烯(GO)片。(3)将含有锌源和硫源的溶液混合，倒入装有氧化石墨烯(GO)片的聚四氟乙烯做内衬的高压反应釜中，然后进行密闭，放入高温高压的反应炉里进行120℃加热反应，反应时间为16h，得到ZnS/GO多孔微球纳米材料，如图1、2所示。图5是ZnS/GO多孔本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种ZnS/GO多孔微球纳米材料的制备方法，其特征在于，将含有锌源和硫源的混合溶液倒入装有氧化石墨烯片的聚四氟乙烯做内衬的反应釜中，然后进行密闭，放入反应炉里进行加热反应，得到ZnS/GO多孔微球纳米材料；所述含有锌源和硫源的混合溶液的制备方法为：将Zn(CH3COO)2·2H2O加入到去离子水中完全溶解，然后加入与Zn(CH3COO)2·2H2O相同物质的量的五水合硫代硫酸钠，混合均匀，再在混合液中加入十六烷基三甲基溴化铵即可。
【技术特征摘要】
1.一种ZnS/GO多孔微球纳米材料的制备方法，其特征在于，将含有锌源和硫源的混合溶液倒入装有氧化石墨烯片的聚四氟乙烯做内衬的反应釜中，然后进行密闭，放入反应炉里进行加热反应，得到ZnS/GO多孔微球纳米材料；所述含有锌源和硫源的混合溶液的制备方法为：将Zn(CH3COO)2·2H2O加入到去离子水中完全溶解，然后加入与Zn(CH3COO)2·2H2O相同物质的量的五水合硫代硫酸钠，混合均匀，再在混合液中加入十六烷基三甲基溴化铵即可。2.如权利要求1所述的ZnS/GO多孔微球纳米材料的制备方法，其特征在于，所述的氧化石墨烯片的制备方法为：将石墨粉、硝酸钠溶解于浓硫酸，用磁力搅拌器将溶液在冰水浴中搅拌均匀，然后将KMnO4分多次加入到混合液中，在20℃下保持2h，然后在35℃下搅拌2h，再用去离子水稀释混合溶液，在90℃下剧烈搅拌0.5h；将H2O2缓慢添加到溶液中并搅拌均匀；用盐酸溶液和去离子水反复洗涤混合液，去除残留的硫酸根离子；将混合液在-60℃的真空条件下冷冻干燥，通过研磨获得GO粉末，将其分散于无水乙...
【专利技术属性】
技术研发人员：李羚玮，薛绍林，姜坤，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海,31
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。