Ag负载ZnO全介孔纳米纤维在高效光催化剂中的应用制造技术

本发明专利技术涉及一种无机半导体光电材料在光催化剂领域的应用，具体涉及Ag负载ZnO全介孔纳米纤维在高效光催化剂中的应用。所述纳米纤维主要组成元素为Zn、O、Ag，所述纳米纤维具有多孔结构，所述多孔结构的孔包括介孔；其中Zn、O元素在纳米纤维中的主要表现形式为ZnO，Ag为负载元素形成于纳米纤维表面或多孔结构中。本发明专利技术公开的纳米纤维工艺简单，生产方便，产品质量稳定性好，作为光解水催化效率高，性能稳定。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种无机半导体光电材料在光催化剂领域的应用，具体涉及Ag负载ZnO全介孔纳米纤维在高效光催化剂中的应用。本专利技术中PVP指聚乙烯吡咯烷酮；TS指茶皂素；ZnAc指代醋酸锌，包括含水醋酸锌或者无水醋酸锌。介孔材料指具有多孔结构且孔径在2到50纳米之间的材料；at％原子数百分含量。
技术介绍
ZnO是目前研究最为广泛且最有前途的光催化剂材料，在有效光源的激发下可以应用在净化空气，分解水制氢，污水处理，杀菌等光催化反应领域。然而，传统的ZnO光催化剂常常存在光催化效率低和稳定性差等缺点，很大程度上限制了其实际应用。因此，ZnO光催化剂改性成为了目前研究者们广泛关注的焦点问题，主要的方法集中在形貌结构和组分优化等。全介孔结构的ZnO纳米纤维光催化剂具有较高的比表面积和典型的一维构造，光催化效率和稳定性得到了显著改善和提高，成为了ZnO光催化剂形貌结构优化的一个重要的研究方向。但是，纯相ZnO光催化剂包括ZnO全介孔纳米纤维光催化剂具有紫外光响应，太阳能利用率很低，并且光生电子-空穴对极易复合，仍无法应用到实际生产生活中。研究表明，Ag纳米颗粒负载到ZnO光催化剂的表面可以宽化其光响应范围且有效抑制光生电子与空穴的复合，在组分改性ZnO光催化剂研究领域受到了极大的关注。已有大量的研究工作对Ag修饰ZnO进行了报道，但现有的制备方法合成的Ag负载ZnO光催化剂常常为纳米粉体结构，仍存在比表面积低和稳定性差等瑕疵，使Ag负载ZnO复合材料的优越性得不到有效发挥。由以上分析可知如能制备Ag负载ZnO全介孔纳米纤维光催化剂将从两个方向整体对ZnO光催化剂进行优化和改性，协同强化其光催化性能。因此，探索一种简单的工艺手段制备Ag负载ZnO全介孔纳米纤维光催化剂显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提出了Ag负载ZnO全介孔纳米纤维在高效光催化剂中的应用，工艺简单，生产方便，产品质量稳定性好，纳米纤维具有稳定有序的表面介孔结构，灵敏度高，作为催化剂具有催化活性高，应用成本低廉，催化剂重复使用性能好，能够再生重复利用的优势。本专利技术的目的可通过下列技术方案来实现：Ag负载ZnO全介孔纳米纤维在高效光催化剂中的应用，所述纳米纤维主要组成元素为Zn、O、Ag，所述纳米纤维具有多孔结构，所述多孔结构的孔包括介孔；其中Zn、O元素在纳米纤维中的主要表现形式为ZnO，Ag为负载元素形成于纳米纤维表面或多孔结构中。作为优选，所述纳米纤维具有多孔结构且所述多孔结构的孔均为全介孔。作为优选，所述纳米纤维的比表面积为10-30m2/g，孔径值为25-40nm。作为优选，所述Ag在纳米纤维中的负载含量为0.1-24wt％。作为优选，所述的应用为将Ag负载ZnO全介孔纳米纤维分散于分解物质中在光照射下发生催化反应，其中分解物质为含水和降解物质的物质。作为优选，所述降解物质为有机质。进一步优选，所述降解物质为Na2S和Na2SO3混合溶液。再进一步优选，所述Na2S溶液的浓度为0.30-0.40M，所述Na2SO3溶液的浓度为0.22-0.28M。作为优选，所述Ag负载ZnO全介孔纳米纤维的制备方法包括如下步骤：配置前驱体纺丝液：将适量聚乙烯吡咯烷酮(PVP)及醋酸锌(ZnAc)溶于无水乙醇和去离子水的混合液中，室温搅拌后加入茶皂素(TS)及硝酸银，继续搅拌得前驱体纺丝液；将前驱体纺丝液经静电纺丝得到固态有机前驱体纤维；将固态有机前驱体纤维经高温煅烧得Ag负载ZnO全介孔纳米纤维。进一步优选，前驱体纺丝液中PVP、醋酸锌与硝酸根的质量比为1:2-3:1-5。前驱体纺丝液的浓度主要是通过影响溶液粘度影响纤维的形貌及直径。若前驱体纺丝液的浓度过低，在静电纺丝中，溶液粘度极低，很难维持喷丝细流的连续性，不能形成稳定的流体，而形成了喷射液滴，因此得到呈不规则块状体纳米材料。若前驱体纺丝液的浓度过高，纳米材料有粗有细，分布不均匀，甚至出现粘结现象，其原因在于，聚合物分子之间相互作用开始影响聚合物链的运动，聚合物分子链相互缠结，若浓度继续增加，聚合物相互交穿，形成冻胶。高浓度的流体在针头迅速干燥以及聚合物形成冻胶引起的流体在针头流动的不稳定，难于维持喷丝细流，同时造成喷头粘连，使静电纺丝无法进行。因此，在配制前驱体纺丝液中，需要控制好各原料之间的质量关系，从而使前驱体纺丝液达到合适的浓度，进而形成很好纤维形貌，直径分布均匀的纳米纤维。且在本专利技术中硝酸银为Ag源供Ag纳米颗粒负载于ZnO全介孔纳米纤维的表面，通过改变硝酸银的添加量，可有效实现Ag纳米颗粒的负载量和尺寸大小的精细调控。PVP可调控纺丝液的粘度且将在煅烧处理的过程中分解完全挥发；醋酸锌为Zn源提供Zn合成ZnO；Ts为发泡剂，在煅烧处理过程中分解释放出大量气体，实现对纤维基体造孔的目的。进一步优选，所述无水乙醇与去离子水的体积比为(1-3)：1。ZnAc能溶于水和乙醇中，无水乙醇较水容易挥发，调节其比例可以调节溶剂挥发的速度，进而实现对Ag负载ZnO全介孔纳米纤维的调控。进一步优选，所述茶皂素的添加量占前驱体纺丝液总质量的1-5wt％。在本专利技术中若发泡剂含量过少，发泡效果不明显；发泡剂含量过多，导致热处理过程中释放的气体太多，会将纤维结构破坏成了纳米或微米单元，最后形成了介孔微米球。进一步优选，所述静电纺丝的方法具体为：将前驱体纺丝液注入针管内，并置于微量注射泵上，金属针头作电纺丝阳极，锡箔或铁丝网作接收材料的阴极，在高压下进行静电纺丝，然后从锡箔或铁丝网上收集，经干燥处理得到固态前驱体纤维。静电纺丝是一个简单、灵活的制备纤维技术，其基本原理为：在高压电场的作用下，悬于毛细管出口的前驱体纺丝液滴变形为泰勒锥。随着电场强度的进一步提高，当液滴表面由于所带电荷形成的静电排斥力超过其本身的表面张力时，在泰勒锥的顶端形成液体细流，带有电荷的液体细流在电场中流动，进一步受到拉伸作用，同时溶剂蒸发(或熔体冷却)，成为纤维并沉积在接收装置上，形成有机前驱体纤维材料。在静电纺丝过程中，影响纤维性能的电纺参数主要有：前驱体纺丝液的浓度、纺丝电压、阳极与阴极之间的距离和溶液流速等。再进一步优选，静电纺丝中前驱体纺丝液注入针管内的注射速度为0.02-0.2mm/min，静电纺丝中所述阳极与阴极之间的距离为18cm-25cm，所述高压为10kV-13kV。如果阴极与阳极的距离较短，会导致纤维在形成到接收极的这个过程中由于溶剂不能及时挥发，同样的也会导致会在接收极出现粘结的现象。当电压小于10kV时，大部分前驱体纺丝液滴落在收集的铁丝网上，静电纺丝不能进行；当电压高于13kV时，发生强烈的电晕放电，静电纺丝则不能继续进行。前驱体纺丝液在12kV-13kV高压的静电纺丝中，纤维平均直径随着纺丝电压的增大而增大。随着阳极与阴极之间接收距离的变化，纳米纤维的形态也发生了变化，在不考虑其他因素的情况下，接收距离过小会产生“念珠状”纤维紧贴在阴极，进而影响纳米纤维的性质。在电压一定且其他条件不变的情况下，溶液注射速度越快，纺丝过程中可纺溶液量增多，在一定范围内，随着推注速度增加射流的直径会增加。在纺丝时，针头末端处会形成一个泰勒锥，若推注速度太低，泰勒锥会不稳定，出现跳动，使得本文档来自技高网...

【技术保护点】
Ag负载ZnO全介孔纳米纤维在高效光催化剂中的应用，其特征在于，所述纳米纤维主要组成元素为Zn、O、Ag，所述纳米纤维具有多孔结构，所述多孔结构的孔包括介孔；其中Zn、O元素在纳米纤维中的主要表现形式为ZnO，Ag为负载元素形成于纳米纤维表面或多孔结构中。

【技术特征摘要】
1.Ag负载ZnO全介孔纳米纤维在高效光催化剂中的应用，其特征在于，所述纳米纤维主要组成元素为Zn、O、Ag，所述纳米纤维具有多孔结构，所述多孔结构的孔包括介孔；其中Zn、O元素在纳米纤维中的主要表现形式为ZnO，Ag为负载元素形成于纳米纤维表面或多孔结构中。2.根据权利要求1所述的Ag负载ZnO全介孔纳米纤维在高效光催化剂中的应用，其特征在于，所述纳米纤维具有多孔结构且所述多孔结构的孔均为全介孔。3.根据权利要求1或2所述的Ag负载ZnO全介孔纳米纤维在高效光催化剂中的应用，其特征在于，所述纳米纤维的比表面积为10-30m2/g，孔径值为25-40nm。4.根据权利要求1所述的Ag负载ZnO全介孔纳米纤维在高效光催化剂中的应用，其特征在于，所述Ag在纳米纤维中的负载含量为0.1-24wt％。5.根据权利要求1所述的Ag负载ZnO全介孔纳米纤维在高效光催化剂中的应用，其特征在于，所述的应用为将Ag负载ZnO全介孔纳米纤维分散于分解物质中在光照射下发生催化反应，其中分解物质为含水和降解物质的物质，所述降解物质为有机质。6.根据权利要求5所述的Ag负载ZnO全介孔纳米纤维在高效光催化剂中的应用，其特征在于，所述降解物质为Na2S和Na2SO3混合溶液；所述Na2S溶液的浓度为0.30-0.40M，所述Na2SO3溶液的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨为佑，曾维萱，侯慧林，郑金桔，
申请(专利权)人：宁波工程学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33