一种高光催化活性纳米氧化锌的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高光催化活性纳米氧化锌的制备方法，属于纳米氧化锌制备技术领域，包括如下步骤：（1）溶液A的制备；（2）溶液B的制备：（3）溶液C的制备；（4）直流电场‑超声处理；（5）真空冷冻干燥；（6）成品制备。本发明专利技术综合考虑现今纳米氧化锌存在的缺陷，提供了一种高光催化活性纳米氧化锌的制备方法，通过本发明专利技术方法制备的纳米氧化锌，其光催化活性极佳，在以甲基橙的水溶液为目标降解物，6小时就能达到100%的降解率，有效的扩宽了纳米氧化锌的应用范围。

Preparation of nanometer zinc oxide with high photocatalytic activity

【技术实现步骤摘要】
一种高光催化活性纳米氧化锌的制备方法
本专利技术属于纳米氧化锌制备
，具体涉及一种高光催化活性纳米氧化锌的制备方法。
技术介绍
纳米氧化锌(ZnO)粒径介于1-100nm之间，是一种高端的高功能精细无机产品，表现出许多特殊的性质，如非迁移性、荧光性、压电性、吸收和散射紫外线能力等，利用其在光、电、磁、敏感等方面的奇妙性能，可制造气体传感器、荧光体、变阻器、紫外线遮蔽材料、图像记录材料、压电材料、压敏电阻、高效催化剂、磁性材料和塑料薄膜等。纳米氧化锌的价电子带和空轨道组成了纳米ZnO的电子结构。纳米氧化锌在给予大于带隙能量的光照后，电子跃迁，产生电子与空穴，与空气中的氧分子反应，将其变为活性氧，而活性氧能氧化许多种类的有机物。另一方面，纳米级的ZnO比表面积比较大，具有更多的光催化反应场所。其原子表面的活性位点很多，能更多地与有机物接触并将其氧化，从而达到光催化降解有机污染物的目的。但纳米氧化锌的小尺寸效应、表面效应等使其作为无机物直接添加到有机材料中有相当大的困难：:①氧化锌表面是亲水疏油的，呈现极性，在材料中难于均匀分散；②颗粒具有较大的比表面积和较高的表面能，使它们极易团聚，不易在有机介质中分散，与聚合物配伍性能差，直接影响纳米氧化锌的实际功效。为了降低纳米氧化锌表面极性，消除表面高能势，提高纳米氧化锌在有机介质中的分散能力和亲和力，扩大其应用范围，需要对其制备过程进行改善处理。为了改善纳米氧化锌的使用特性，申请号为201710416154.2公开了一种改善纳米氧化锌使用特性的处理方法，在浸泡改性处理中，先用盐酸溶液对其表面进行轻微刻蚀，利于后续的接枝改性处理操作，接着将其浸入浸泡改性液中改性，旨在在其表面接枝硬脂酸，而为了提升硬脂酸的接枝效果，浸泡改性液中又添加了重铬酸钠、氯化锌等成分，利用重铬酸钠的氧化性来改善增强纳米氧化锌的表面活性基团含量，增强对硬脂酸的接枝能力，同时又施加了超声波辐射处理，在超声波的作用下锌离子增强了对重铬酸钠的催化效果，增强了其氧化特性，同时超声波又提升了纳米氧化锌的分散均匀性以及与硬脂酸的接触率，为后续的操作奠定了基础，之后又对纳米氧化锌进行了沉积改性处理，最终制得的成品改性纳米氧化锌表面沉积有二氧化硅，其耐腐性、强度等性能均有很好改善。本专利技术制得的改性纳米氧化锌具有良好的分散特性，不易发生团聚现象，其强度、耐腐性、耐温性均有很好的提升，与有机成分相容性佳，填充使用效果好，其是以现成的纳米氧化锌作为原料，此专利技术仅仅能改善纳米氧化锌的表面性能，其改善效果存在一定的局限性。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有的问题，提供了一种高光催化活性纳米氧化锌的制备方法。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种高光催化活性纳米氧化锌的制备方法，包括如下步骤：（1）称取相应重量份的六水合醋酸锌和柠檬酸按照重量比为20~24:1~4共同投入烧杯中，然后注入去离子水置于磁力搅拌器上搅拌直至全部溶解得溶液A；（2）将硝酸镧投入步骤（1）所得的溶液A中，磁力搅拌直至硝酸镧完全溶解后，调节pH至7.8~8.2后得溶液B备用；（3）加热控制步骤（2）中所得的溶液B内的温度为70~80℃，然后将硅烷偶联剂匀速滴加到溶液B中，在滴加的同时进行磁力搅拌处理，硅烷偶联剂滴加结束后继续搅拌处理30~40min后得溶液C；（4）将步骤（3）中所得的溶液C置于石墨坩埚内，然后连通直流磁场，通过调节电流电压恒定磁场强度后，将超声波探头浸入溶液C中，以特定频率的超声波处理24~30min；（5）将步骤（4）中直流电场-超声处理后的溶液C置于真空冷冻干燥机内进行真空冷冻干燥处理，冷冻干燥处理后得泡沫状固体备用；（6）将步骤（5）中所得的泡沫固体置于马弗炉中进行煅烧处理，煅烧处理后置于珠磨机内进行研磨即可。进一步的，所述步骤（1）和步骤（2）中磁力搅拌器的转速均为200~300rpm。进一步的，所述步骤（2）中硝酸镧与溶液A的重量体积比为1~2mg:20~26mL。进一步的，所述步骤（2）中pH调节用氢氧化钠溶液和盐酸溶液。进一步的，所述步骤（3）中硅烷偶联剂滴加的速度为2~3滴/s，硅烷偶联剂总的添加量为溶液B总重量份的3~5%，磁力搅拌时的转速为90~120rpm。进一步的，所述步骤（4）中恒定磁场的功率为800~900W。进一步的，所述步骤（4）中超声波探头浸入溶液B下1~2cm，超声波的频率为34~46kHz。进一步的，所述步骤（5）中真空冷冻干燥时保持真空冷冻干燥机内的真空度为6~8Pa，预冷的温度为-30~-20℃，预冷的时间为30~40min，干燥的温度为80~90℃，干燥的时间为6~8h。进一步的，所述步骤（6）中煅烧处理时控制煅烧温度为500~600℃，煅烧时间为1~2h。进一步的，所述步骤（6）中珠磨机研磨时珠磨机的转速为300~700rpm，研磨的时间为45~65min。本专利技术针对纳米氧化锌的光催化活性应用，以及现今纳米氧化锌在应用过程中存在的缺陷，提供了一种高光催化活性纳米氧化锌的制备方法，在纳米氧化锌的制备中，注入硝酸镧，在磁力搅拌的过程中，镧离子可造成纳米氧化锌的晶格畸变，形成空位而引起光生电子-空穴的复合，促进晶粒转移到纳米氧化锌的表面发生氧化还原反应，从而达到提高纳米氧化锌的光催化活性，另外，部分镧离子进入纳米氧化锌的晶格中，提供了一个新的能级，使得电子的跃迁多了一个途径，电子的结构发生了变化，带隙可能变小，使得对光子的能量要求可能从紫外光区向可见光区扩展，从而提高了对光线的利用情况；仅仅通过搅拌其离子插入的效率非常低，此时通过添加硅烷偶联剂来提高氧化锌的分散性，此时借助超声波的空化效应、声流效应、热效应结合直流电场的作用，细化氧化锌的晶粒，一方面有助于细化晶粒，提高氧化锌的比表面积，提高成品的分散性，防止其发生团聚现象，另一方面进一步促进镧离子的插入，进一步提高改善纳米氧化锌的光催化活性；然后进行真空冷冻干燥，极大程度地保留物质的化学结构，最后进行煅烧，进一步细化纳米氧化锌的晶粒，粉碎即可。本专利技术相比现有技术具有以下优点：本专利技术综合考虑现今纳米氧化锌存在的缺陷，提供了一种高光催化活性纳米氧化锌的制备方法，通过本专利技术方法制备的纳米氧化锌，其光催化活性极佳，在以甲基橙的水溶液为目标降解物，6小时就能达到100%的降解率，有效的扩宽了纳米氧化锌的应用范围。附图说明图1为本专利技术具体实施例部分光催化降解率图。具体实施方式实施例1一种高光催化活性纳米氧化锌的制备方法，包括如下步骤：（1）称取相应重量份的六水合醋酸锌和柠檬酸按照重量比为20:1共同投入烧杯中，然后注入去离子水置于磁力搅拌器上搅拌直至全部溶解得溶液A；（2）将硝酸镧投入步骤（1）所得的溶液A中，磁力搅拌直至硝酸镧完全溶解后，调节pH至7.8后得溶液B备用；（3）加热控制步骤（2）中所得的溶液B内的温度为70℃，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高光催化活性纳米氧化锌的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n（1）称取相应重量份的六水合醋酸锌和柠檬酸按照重量比为20~24:1~4共同投入烧杯中，然后注入去离子水置于磁力搅拌器上搅拌直至全部溶解得溶液A；/n（2）将硝酸镧投入步骤（1）所得的溶液A中，磁力搅拌直至硝酸镧完全溶解后，调节pH至7.8~8.2后得溶液B备用；/n（3）加热控制步骤（2）中所得的溶液B内的温度为70~80℃，然后将硅烷偶联剂匀速滴加到溶液B中，在滴加的同时进行磁力搅拌处理，硅烷偶联剂滴加结束后继续搅拌处理30~40min后得溶液C；/n（4）将步骤（3）中所得的溶液C置于石墨坩埚内，然后连通直流磁场，通过调节电流电压恒定磁场强度后，将超声波探头浸入溶液C中，以特定频率的超声波处理24~30min；/n（5）将步骤（4）中直流电场-超声处理后的溶液C置于真空冷冻干燥机内进行真空冷冻干燥处理，冷冻干燥处理后得泡沫状固体备用；/n（6）将步骤（5）中所得的泡沫固体置于马弗炉中进行煅烧处理，煅烧处理后置于珠磨机内进行研磨即可。/n

【技术特征摘要】
1.一种高光催化活性纳米氧化锌的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）称取相应重量份的六水合醋酸锌和柠檬酸按照重量比为20~24:1~4共同投入烧杯中，然后注入去离子水置于磁力搅拌器上搅拌直至全部溶解得溶液A；
（2）将硝酸镧投入步骤（1）所得的溶液A中，磁力搅拌直至硝酸镧完全溶解后，调节pH至7.8~8.2后得溶液B备用；
（3）加热控制步骤（2）中所得的溶液B内的温度为70~80℃，然后将硅烷偶联剂匀速滴加到溶液B中，在滴加的同时进行磁力搅拌处理，硅烷偶联剂滴加结束后继续搅拌处理30~40min后得溶液C；
（4）将步骤（3）中所得的溶液C置于石墨坩埚内，然后连通直流磁场，通过调节电流电压恒定磁场强度后，将超声波探头浸入溶液C中，以特定频率的超声波处理24~30min；
（5）将步骤（4）中直流电场-超声处理后的溶液C置于真空冷冻干燥机内进行真空冷冻干燥处理，冷冻干燥处理后得泡沫状固体备用；
（6）将步骤（5）中所得的泡沫固体置于马弗炉中进行煅烧处理，煅烧处理后置于珠磨机内进行研磨即可。


2.根据权利要求1所述一种高光催化活性纳米氧化锌的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）和步骤（2）中磁力搅拌器的转速均为200~300rpm。


3.根据权利要求1所述一种高光催化活性纳米氧化锌的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中硝酸镧与溶液A的重量体积比为1~2mg:20~26mL。


4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘艺，
申请(专利权)人：安徽锦华氧化锌有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34