一种Ag/ZnO复合光催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种Ag/ZnO复合光催化剂及其制备方法和应用，ZnO光催化剂技术领域。所述方法为：首先用硝酸锌和尿素以水热法合成碱式碳酸锌(Zn4(CO3)(OH)6)；然后通过煅烧获得纯相的由纳米小颗粒组成的氧化锌；最后以氧化锌为载体，以硝酸银为银源和以甲醇为牺牲剂，经光致还原将氧化锌表面的银离子还原成单质银，低温退火得到Ag/ZnO复合光催化剂，所述催化剂中Ag负载比例为0.1％‑2.0％。本发明专利技术制备的Ag/ZnO复合光催化剂显示出了优异的光催化降解活性，除了可以降解有机染料外，还特别适用于气相降解甲烷、乙烯；同时，本发明专利技术Ag/ZnO复合光催化剂制备合成方法条件简单、无污染、稳定好。

【技术实现步骤摘要】
一种Ag/ZnO复合光催化剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及ZnO光催化剂
，具体涉及一种负载Ag的ZnO复合光催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
随着当前环境污染问题的日益严重，空气污染已严重影响人们身心健康，光催化剂处理空气污染的研究已成为催化科学研究的重点和热点。在光催化领域，氧化锌作为最重要的半导体光催化剂之一，因为具有光催化性能优异、化学稳定性好、安全无毒、低成本等优点，从而在光分解水制氢、太阳能电池、生物杀菌和污水处理等诸多领域得到科学家的广泛关注，所以对其进行深入系统的研究将具有非常重要的战略和现实意义。但是由于氧化锌带隙(3.3eV)较宽，对太阳光的利用率只占到3％～5％，并且光催化过程光生电子和空穴复合能力较强，这些大大影响了它在利用太阳能光降解有机污染物的商业前景。研究发现，贵金属(Au、Ag)纳米粒子因其表面等离子体共振效应可以明显增强光催化材料的可见光吸收，除此之外，金属和半导体复合因其功函和带隙的不同会在界面处形成肖特基势垒，金属Ag(Au)可作为光生电子的有效陷阱，使氧化锌导带上的电子向金属上转移，因而Ag(Au)的引入可有效提高电子、空穴的分离，提高光子的量子产率，增加表面自由基含量，增进活性物种的降解反应。除此之外，贵金属还能通过产生局部电场增进光催化活性，反之表面等离子体的光学振动也可以增强此电场。然而，目前对利用贵金属(Ag，Au)复合ZnO形成表面等离子光催化剂的研究主要集中在提高可见光全解水性能、有毒有机染料的降解(如污水处理)和作为生物催化杀菌材料的应用等方面，少有关于Ag负载ZnO的表面等离子光催化剂在气相有机污染物降解方面的研究报道。因此，有必要开发一种能够利用太阳能降解气相有机污染物的Ag负载ZnO光催化剂。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术旨在提供一种Ag/ZnO复合光催化剂及其制备方法和应用。本专利技术首先用水热法合成碱式碳酸锌(Zn4(CO3)(OH)6)，然后通过高温煅烧获得纯相的由纳米小颗粒组成的花状氧化锌，最后以氧化锌为载体，以硝酸银为银源和以甲醇为牺牲剂，再经过光致还原处理得到产物Ag/ZnO。本制备方法操作简单易行无污染，且合成的Ag/ZnO微球具有非常好的光催化活性，在利用太阳能催化降解甲烷和乙烯方面表现出了优异的性能。本专利技术的目的之一是提供一种Ag/ZnO复合光催化剂的制备方法。本专利技术的目的之二是提供一种Ag/ZnO复合光催化剂。本专利技术的目的之三是提供Ag/ZnO复合光催化剂及其制备方法的应用。为实现上述专利技术目的，具体的，本专利技术公开了下述技术方案：首先，本专利技术公开了一种Ag/ZnO复合光催化剂的制备方法，包括：首先用硝酸锌和尿素以水热法合成碱式碳酸锌(Zn4(CO3)(OH)6)；然后通过煅烧获得纯相的由纳米小颗粒组成的氧化锌；最后以氧化锌为载体，以硝酸银为银源和以甲醇为牺牲剂，经光致还原将氧化锌表面的银离子还原成单质银，退火得到Ag/ZnO复合光催化材料。具体的，所述Ag/ZnO复合光催化剂的制备方法包括如下步骤：(1)将硝酸锌和尿素在去离子水中混合，均匀搅拌，得到无色溶液；(2)对步骤(1)中的无色溶液进行水热反应，冷却至室温，虑得沉淀产物，洗涤、干燥、研磨，得到碱式碳酸锌；(3)煅烧步骤(2)中的碱式碳酸锌，得到ZnO；(4)将甲醇、步骤(3)中ZnO加到去离子水中，搅拌；(5)滴加银源，超声、搅拌，光照，分离沉淀、干燥、退火，即得。步骤(1)中，所述硝酸锌和尿素的摩尔比为1：(1.5-2.5)；去离子水的加入量能够溶解硝酸锌和尿素即可。步骤(1)中，所述搅拌时间为0.5-1.5h。步骤(2)中，所述水热反应的温度为110-130℃，反应时间为1-3h。步骤(2)中，所述干燥温度为60-70℃，干燥时间为140-160min。步骤(2)中，所述研磨为在玛瑙研钵中手动研磨10min。步骤(3)中，所述煅烧温度为350-450℃，煅烧时间为1.5-2.5h，升温速率为5℃/min。步骤(4)中，所述甲醇、ZnO的添加比例为20ml：0.6g。步骤(4)中，所述搅拌时间为0.5-1.5h。步骤(5)中，所述银源为硝酸银溶液，其添加比例由最终得到的Ag/ZnO复合光催化剂中Ag离子的负载比例确定，所述Ag离子的负载比为0.1％-2.0％，优选为1.5％。步骤(5)中，所述超声时间为0.2-1.0h，频率为30-50KHz；超声可以使ZnO样品在水溶液中分散的更均匀。步骤(5)中，所述搅拌的时间为0.5-1.5h。步骤(5)中，所述光照指：将溶液移至300W氙灯下，光照反应0.2-1.0h。步骤(5)中，所述干燥温度为60-70℃，干燥时间为140-160min。步骤(5)中，所述退火温度为250-350℃，退火时间为0.2-1.0h。其次，本专利技术公开了本专利技术制备的Ag/ZnO复合光催化剂，所述催化剂中Ag负载比例为0.1％-2.0％，优选为1.5％。最后，本专利技术公开了Ag/ZnO复合光催化剂及其制备方法在气相有机污染物、挥发性有机污染物降解中的应用，优选的，所述应用包括Ag/ZnO复合光催化剂在甲烷、乙烯光催化降解中的应用。所述“挥发性有机污染物”，是指沸点50-260℃，室温下的饱和蒸汽压超过133.3Pa的有机污染物，包括烃类、卤代烃、芳香烃、多环芳香烃等。与现有技术相比，本专利技术取得的有益效果是：(1)本专利技术制备的Ag/ZnO复合光催化剂显示出了优异的光催化降解活性，除了可以降解有机染料外，还特别适用于气相降解甲烷、乙烯，经实验研究发现，本专利技术的Ag/ZnO复合光催化材料可以在全光(300nm-2500nm)照射下2h左右降解98％的甲烷(250ppm)，2.5h左右降解99％的乙烯(2500ppm)。在全光下其光氧化降解甲烷效率要比纯的ZnO和商品TiO2快30倍，光氧化降解乙烯效率要比纯的ZnO快6.5倍，并且也优于负载相同比例的Ag/TiO2。(2)本专利技术Ag/ZnO复合光催化剂制备合成方法条件简单、无污染、稳定好，具有良好的商业化应用前景。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1为实施例1-2制备的Ag/ZnO复合光催化剂及各自对应标准卡片的XRD图谱。图2为实施例1制备的Ag/ZnO复合光催化剂的SEM图谱。图3为实施例1-2制备的Ag/ZnO复合光催化剂的紫外-可见漫反射吸收光谱。图4为实施例1-2制备的Ag/ZnO复合光催化剂与ZnO光催化降解甲烷的对比图。图5为实施例1制备的Ag/ZnO复合光催化剂与ZnO、TiO2、Ag/TiO2光催化降解乙烯的对比图。图6为实施例1制备的Ag/ZnO复合光催化剂与ZnO、TiO2，Ag/TiO2光催化降解甲烷的对比图。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Ag/ZnO复合光催化剂的制备方法，其特征在于：所述方法为：首先用硝酸锌和尿素以水热法合成碱式碳酸锌(Zn4(CO3)(OH)6)；然后通过煅烧获得纯相的由纳米小颗粒组成的氧化锌；最后以氧化锌为载体，以硝酸银为银源和以甲醇为牺牲剂，经光致还原将氧化锌表面的银离子还原成单质银，退火得到Ag/ZnO复合光催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种Ag/ZnO复合光催化剂的制备方法，其特征在于：所述方法为：首先用硝酸锌和尿素以水热法合成碱式碳酸锌(Zn4(CO3)(OH)6)；然后通过煅烧获得纯相的由纳米小颗粒组成的氧化锌；最后以氧化锌为载体，以硝酸银为银源和以甲醇为牺牲剂，经光致还原将氧化锌表面的银离子还原成单质银，退火得到Ag/ZnO复合光催化剂。2.如权利要求1所述的Ag/ZnO复合光催化剂的制备方法，其特征在于：具体包括如下步骤：(1)将硝酸锌和尿素在去离子水中混合，均匀搅拌，得到无色溶液；(2)对步骤(1)中的无色溶液进行水热反应，冷却至室温，虑得沉淀产物，洗涤、干燥、研磨，得到碱式碳酸锌；(3)煅烧步骤(2)中的碱式碳酸锌，得到ZnO；(4)将甲醇、步骤(3)中ZnO加到去离子水中，搅拌；(5)滴加银源，超声、搅拌，光照，分离沉淀、干燥、退火，即得。3.如权利要求2所述的Ag/ZnO复合光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述硝酸锌和尿素的摩尔比为1：(1.5-2.5)；或，步骤(1)中，所述搅拌时间为0.5-1.5h。4.如权利要求2所述的Ag/ZnO复合光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述水热反应的温度为110-130℃，反应时间为1-3h；或，步骤(2)中，所述干燥温度为60-70℃，干燥时间为140-160min；或，步骤(2)中，所述研磨为在玛瑙研钵中手动研磨10min。5.如权利要求2所述的Ag/ZnO复合光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述煅烧温度为350-450℃，煅烧时间为1.5-2.5h，升温速率为5℃/m...

【专利技术属性】
技术研发人员：张倩倩，梁希壮，王朋，黄柏标，王泽岩，张晓阳，秦晓燕，郑昭科，刘媛媛，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37