制备海胆状Ag/AgCl/ZnO纳米复合材料的方法技术

本发明专利技术提供了一种在微通道反应器内利用油水两相流连续制备海胆状Ag/AgCl/ZnO纳米复合材料的方法。具体为：首先将AgNO

Method for preparing urchin like Ag/AgCl/ZnO Nanocomposite

The invention provides a method for continuously preparing sea urchin shaped Ag/AgCl/ZnO nano composite material by using oil-water two-phase flow in a microchannel reactor. Specifically, first of all, the AgNO

【技术实现步骤摘要】
制备海胆状Ag/AgCl/ZnO纳米复合材料的方法
本专利技术属于材料科学与工程领域，涉及一种在微通道反应器内利用油水两相流制备海胆状Ag/AgCl/ZnO纳米复合材料的方法。
技术介绍
水是人类赖以生存的重要资源之一，水环境的质量直接影响人体的健康状况。随着现代工业的快速发展，水污染问题愈演愈烈，已引起全世界研究人员的广泛关注。有机物(染料、农药等)作为水体主要污染物之一，如何实现其高效、绿色、低耗降解已成为解决水污染问题的关键。光催化降解有机物因反应条件温和、利用太阳能等优点，被视为一条行之有效的降解有机物的新途径。目前，研究人员已开发了诸多基于半导体材料的形貌与性能各异的光催化剂。ZnO作为一种宽禁带、高激发能的半导体材料，特殊的电子结构使其具有优异的电、磁、光等效应，有着资源丰富、成本低、无毒等优势，已成为光催化剂的优选。然而，ZnO存在表面光致电子-空穴对易复合的缺点，限制了ZnO的光催化性能。为了提高ZnO的光催化性能，研究人员常在ZnO基体上掺杂贵金属、非贵金属或其他半导体。例如，将Ag/AgX(X＝Cl,Br,I)与ZnO复合可显著提高ZnO的光催化性能。在Ag/AgX/ZnO(X＝Cl,Br,I)体系中，ZnO与AgX(X＝Cl,Br,I)导带产生的光致电子可向其表面的Ag纳米粒子转移，有效阻止了光致电子和空穴的复合湮灭，从而极大地提高ZnO的光催化性能。同时，以掺杂的方式将二者有机结合，可有效改善Ag纳米粒子的团聚问题，进而减少Ag的用量。此外，以ZnO作为基底负载Ag/AgX(X＝Cl,Br,I)纳米粒子，还可获得显著增强的表面等离子体共振效应，提高光量子效率，增大光谱吸收范围。Meng等人的研究“Ag/AgCl/ZnOnano-networks:preparation,characterization,mechanismandphotocatalyticactivity,JMolCatalA-Chem,2016,411:290-298”，采用配位沉淀与煅烧相结合的工艺合成了Ag/AgCl/ZnO，具体过程为在60℃下反应4.5h后，先在200℃下空气环境中煅烧0.5h，随后升温到350℃保持4h。该方法为间歇式操作，耗时长，限制了该方法的广泛应用。Xu等人的研究“EnhancedphotocatalyticactivityofnewphotocatalystAg/AgCl/ZnO,JAlloyCompd,2011,509:3285-3292”，利用两步法合成了Ag/AgCl/ZnO纳米材料。首先在140℃水热条件下合成ZnO，然后在ZnO上担载Ag，最后引入1-丁基-3-甲基咪唑氯使部分Ag转化为AgCl。该方法所用试剂1-丁基-3-甲基咪唑氯不环保，后续处理繁琐，且无法连续生产。Begum等人的研究“Controlledorientationinabio-inspiredassemblyofAg/AgCl/ZnOnanostructuresenablesenhancementinvisible-light-inducedphotocatalyticperformance,ChemEurJ,2012,18:6847-6853”，通过生物激发法，以多胺介导ZnO的矿化，制备了Ag/AgCl/ZnO纳米材料。该过程在多胺体系中进行，产量低，后处理过程繁琐，且该方法也无法实现连续生产。综上，目前Ag/AgX/ZnO(X＝Cl,Br,I)纳米复合材料的制备过程多为传统反应器内进行的间歇操作，生产效率低，粒度不均一，批次间重复性差。为克服上述缺点，需开发一种既可连续大批量生产，又使所得纳米材料粒径均一且批次间重复性好的方法。微化工技术作为21世纪90年代兴起的过程强化技术的典范，与传统技术相比，具有体积小、比表面积大、传递性能好、易于集成等优点。在无机材料制备领域具有独特的优势：反应流体可快速混合，形成稳定均一的反应环境，产物可及时移出，从而减少团聚，使所得纳米材料粒径分布窄且批次间重复性好。此外，基于微化工技术的纳米材料制备过程为连续操作模式，易于大规模生产。然而，由于微通道反应器通道尺寸较小，在制备纳米材料过程中很难避免堵塞问题。为此，本申请在微通道反应器内利用油水两相流制备了海胆状Ag/AgCl/ZnO，即可提高纳米粒子粒径均一性，又可避免微通道反应器的堵塞。
技术实现思路
本专利技术的目的在于基于微通道反应器，提供一种利用油水两相流制备海胆状Ag/AgCl/ZnO纳米复合材料的方法。本专利技术的优点是过程连续、工艺简单、反应条件温和、Ag/AgCl/ZnO形貌及粒径均一、无堵塞问题。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：(1)在避光条件下，将AgNO3、Zn(NO3)2、柠檬酸钠、十二烷基硫酸钠和水配置成水溶液A；(2)将NaCl与NaOH和水配置成水溶液B；(3)将水溶液A、水溶液B、正辛烷通入毛细管微反应器，水溶液A与水溶液B快速混合，并被正辛烷分散为独立的液滴，形成以正辛烷为连续相、水溶液为分散相的两相流动；毛细管微反应器为反应通道一侧带有透明窗口的微反应器或为透明毛细管微反应器，反应通道的透明窗口或透明毛细管微反应器被置于氙灯(300－500W，优选400W)下，反应物料反应；反应物料从毛细管微反应器流出后，经离心与洗涤后老化，最终制备得到海胆状Ag/AgCl/ZnO纳米复合材料。上述技术方案中，水溶液A中AgNO3于水中的摩尔浓度为0.0005-0.0015mol/L，优选0.0007-0.0012mol/L；Zn(NO3)2与AgNO3的摩尔比为10:1-40:1，优选为15:1-30:1；柠檬酸钠与AgNO3的摩尔比范围为1:1-5:1，优选1.2:1-3.5:1；十二烷基硫酸钠与AgNO3的摩尔比范围为6:1-24:1，优选8:1-15:1。上述技术方案中，水溶液B中NaCl于水中的摩尔浓度为0.025-0.75mol/L，NaOH于水中的摩尔浓度为0.025-1.8mol/L。上述技术方案中，水溶液A与水溶液B的流量均为0.1-1.5mL/min，优选为0.3-0.9mL/min；正辛烷流量为0.3-2.5mL/min，优选0.6-1.5mL/min。上述技术方案中，水溶液A与水溶液B的流量相同。上述技术方案中，NaCl与AgNO3的摩尔比范围为50:1-500:1，优选150:1-350:1；NaOH与Zn(NO3)2的摩尔比范围为5:1:-30:1，优选为10:1-20:1。上述技术方案中，反应温度为10-60℃，优选20-40℃。上述技术方案中，老化温度为100-150℃，老化时间为3-5h。上述技术方案中，毛细管微反应器具有反应通道和三条进口通道，分别为液体进口通道Ⅰ、液体进口通道Ⅱ、液体进口通道Ⅲ，三条进口通道水力直径相同或不同，分别为0.2-1.2mm；三条液体进口通道的出口端分别与反应通道的入口端连通，液体进口通道Ⅰ与液体进口通道Ⅱ、液体进口通道Ⅱ与液体进口通道Ⅲ的夹角相同，为30-90°；反应通道的水力直径与进口通道水力直径相同或不同，为0.2-1.2mm，反应通道长度为2-10m。水溶液A、水溶液B与正辛烷分别通过三条液体进口通道的入口端进入，本文档来自技高网...

【技术保护点】
制备海胆状Ag/AgCl/ZnO纳米复合材料的方法，在微通道反应器内利用油水两相流连续制备海胆状Ag/AgCl/ZnO纳米复合材料，其特征在于：(1)在避光条件下，将AgNO

【技术特征摘要】
1.制备海胆状Ag/AgCl/ZnO纳米复合材料的方法，在微通道反应器内利用油水两相流连续制备海胆状Ag/AgCl/ZnO纳米复合材料，其特征在于：(1)在避光条件下，将AgNO3、Zn(NO3)2、柠檬酸钠、十二烷基硫酸钠和水配置成水溶液A；(2)将NaCl与NaOH和水配置成水溶液B；(3)将水溶液A、水溶液B、正辛烷通入毛细管微反应器，水溶液A与水溶液B快速混合，并被正辛烷分散为独立的液滴，形成以正辛烷为连续相、水溶液为分散相的两相流动；毛细管微反应器为反应通道一侧带有透明窗口的微反应器或为透明毛细管微反应器，反应通道的透明窗口或透明毛细管微反应器被置于氙灯(300－500W，优选400W)下，反应物料反应；反应物料从毛细管微反应器流出后，经离心与洗涤后老化，最终制备得到海胆状Ag/AgCl/ZnO纳米复合材料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：水溶液A中AgNO3于水中的摩尔浓度为0.0005-0.0015mol/L，优选0.0007-0.0012mol/L；Zn(NO3)2与AgNO3的摩尔比为10:1-40:1，优选为15:1-30:1；柠檬酸钠与AgNO3的摩尔比范围为1:1-5:1，优选1.2:1-3.5:1；十二烷基硫酸钠与AgNO3的摩尔比范围为6:1-24:1，优选8:1-15:1。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：水溶液B中NaCl于水中的摩尔浓度为0.025-0.75mol/L，NaOH于水中的摩尔浓度为0.025-1.8mol/L。4.根据权利要求1、2或3所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈光文，陶莎，杨梅，陈会会，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21