一种稀土Ce掺杂ZnO制备纳米微球光催化剂的方法及其催化降解方法技术

一种稀土Ce掺杂ZnO制备纳米微球光催化剂的方法及其催化降解方法，属于废水处理技术领域。包括以下步骤：1）硝酸锌Zn(NO

Preparation and degradation of nano microsphere photocatalyst by CE doped ZnO

【技术实现步骤摘要】
一种稀土Ce掺杂ZnO制备纳米微球光催化剂的方法及其催化降解方法
本专利技术属于废水处理
，具体为一种稀土Ce掺杂ZnO制备纳米微球光催化剂的方法及其催化降解方法。
技术介绍
光催化氧化技术具有清洁性、高效性以及稳定性等众多特点，能够将光能转化为化学能，产生羟基自由基氧化水体中的难降解污染物质，受到了广泛的关注，为处理高难降解废水提供了一种新的方法。光催化技术中最重要的就是光催化材料的制备研究，ZnO作为一种优良的半导体材料，具有良好的光电特性，被认为是具有潜力的光催化材料。但是，ZnO在光催化应用中存在着光响应范围窄；电子和空穴的分离效率低；回收难等问题，从而使其应用受到限制。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术的目的在于设计提供一种稀土Ce掺杂ZnO制备纳米微球光催化剂的方法及其催化降解方法的技术方案，通过稀土元素Ce掺杂对ZnO进行改性，达到了提高ZnO光催化活性，拓宽ZnO吸收光子的范围。所述的一种稀土Ce掺杂ZnO制备纳米微球光催化剂的方法，其特征在于包括以下步骤：1)1.0-1.4mmol硝酸锌Zn(NO3)2·6H2O、0.036-0.12mmol硝酸铈、1.0-1.4mmol六次甲基四胺C6H12N4和0.2-0.4mmol柠檬酸三钠C6H5Na3O7溶解在70-90mL去离子水中形成透明混合溶液；2)将混合溶液转移到高压反应釜中，放入烘箱在80-100℃下加热反应3-5h；3)反应结束后，待反应釜自然冷却至室温，得到的沉淀通过去离子水和无水乙醇交替离心洗涤3-5次，将得到的固定颗粒50-70℃加热干燥11-13h，最后通过煅烧前驱体在450-550℃下灼烧1-3h，即得Ce掺杂ZnO纳米微球光催化剂。所述的一种稀土Ce掺杂ZnO制备纳米微球光催化剂的方法，其特征在于步骤1)制成的混合溶液中按照混合溶液：磁源ZnFe2O4微粒的重量比为1：15-25加入磁源ZnFe2O4微粒，重量比优选1:20，超声分散；将超声分散后的混合溶液转移到高压反应釜中反应；所述的磁源ZnFe2O4微粒采用以下方法制备：将1-3mmol硝酸锌Zn(NO3)2·6H2O和3-5mmol三氯化铁FeCl3·6H2O分散在50-70mL水中，在室温下搅拌使混合均匀；然后，逐滴加入7-9mL浓度为4-6mol/L的水合肼溶液，形成的悬浊液在室温下搅拌20-40min后转移至100-150mL有聚四氟乙烯内衬的不锈钢水热反应釜中，160-200℃保温反应13-15h；反应结束后，待反应釜自然冷却至室温，得到的沉淀通过水和乙醇交替洗涤3-4次后于50-70℃烘干，即得纳米磁源ZnFe2O4微粒。所述的一种稀土Ce掺杂ZnO制备纳米微球光催化剂的方法，其特征在于步骤1)中：硝酸锌Zn(NO3)2·6H2O浓度为1.1-1.3mmol，优选1.15-1.25mmol，更优选1.2mmol；硝酸铈浓度为0.045-0.10mmol，优选0.060-0.084mmol，更优选0.070mmol；六次甲基四胺C6H12N4浓度为1.1-1.3mmol，优选1.15-1.25mmol，更优选1.2mmol；柠檬酸三钠浓度为0.25-0.35mmol，优选0.28-0.32mmol，更优选0.3mmol；去离子水的用量为75-85mL，优选78-82mL，更优选80mL。所述的一种稀土Ce掺杂ZnO制备纳米微球光催化剂的方法，其特征在于步骤2)中：加热温度为85-95℃，优选90℃；反应时间为3.5-4.5h，优选4h；步骤3)中：加热干燥温度为55-65℃，优选60℃；加热干燥时间为11.5-12.5h，优选12h；灼烧温度为480-530℃，优选500℃；灼烧时间为1.5-2.5h，优选2h。所述的纳米微球光催化剂对高难降解废水的催化降解方法，其特征在于包括以下步骤：1)将待降解废水装入反应容器中，光催化反应进行过程保持不透光，反应容器上方放置光源，将Ce掺杂ZnO纳米微球光催化剂投入待降解废水中，通过超声将光催化剂和待降解废水充分混合，纳米微球光催化剂：高难降解废水的重量体积比为15-25g：40-60ml，高难降解废水中任一种难降解物质的质量浓度为1-7mg/L；2)然后再用浓度0.01molL-1盐酸或浓度0.01molL-1氢氧化钠溶调节上述废水的pH值至8-12，将调节后的溶液置于暗室吸附至平衡，吸附时间为20-40min；3)开启光源，用磁力搅拌器不断搅拌使光催化剂与溶液充分混合，进行光催化反应，光照高度为距反应液面8-12cm，光照时间为1.5-3h；4)反应结束后，将经过降解处理的水溶液，利用常规的离心、干燥工艺回收Ce掺杂ZnO纳米微球光催化剂，光催化剂重复回收使用4-6次。所述的一种稀土Ce掺杂ZnO制备纳米微球光催化剂的方法，其特征在于所述的磁源ZnFe2O4微粒采用以下方法制备：将2mmol硝酸锌Zn(NO3)2·6H2O和4mmol三氯化铁FeCl3·6H2O分散在60mL水中，在室温下搅拌使混合均匀；然后，逐滴加入8mL浓度为5mol/L的水合肼溶液，形成的悬浊液在室温下搅拌30min后转移至100mL有聚四氟乙烯内衬的不锈钢水热反应釜中，180℃保温反应14h；反应结束后，待反应釜自然冷却至室温，得到的沉淀通过水和乙醇交替洗涤3-4次后于60℃烘干，即得纳米磁源ZnFe2O4微粒。所述的一种利用纳米微球光催化剂对高难降解废水的催化降解方法，其特征在于步骤1)中：纳米微球光催化剂：高难降解废水的重量体积比为18-23g：45-55ml，优选重量体积比为20g：50ml；高难降解废水中难降解物质的初始质量浓度为2-6mg/L，优选3-5mg/L。所述的一种利用纳米微球光催化剂对高难降解废水的催化降解方法，其特征在于步骤1)中：所述的高难降解废水含有的难降解物质为染料罗丹明B、亚甲基蓝、甲基橙中的一种或一种以上物质。所述的一种利用纳米微球光催化剂对高难降解废水的催化降解方法，其特征在于步骤2)中：调节pH值至9-11，优选pH值10；吸附时间为25-35min，优选30min。所述的一种利用纳米微球光催化剂对高难降解废水的催化降解方法，其特征在于步骤3)中：所述的光源为紫外光；光照高度为距反应液面9-11cm，优选10cm；光照时间为1.8-2.5h，优选2h。上述一种稀土Ce掺杂ZnO制备纳米微球光催化剂的方法及其催化降解方法，通过稀土元素Ce掺杂对ZnO进行改性，达到了提高ZnO光催化活性，拓宽ZnO吸收光子的范围。研究表明，该光催化剂对罗丹明B的降解符合一级反应动力学，同时，表观速率常数k评价了催化剂的光催化活性，掺杂后光催化剂催化活性显著提高，反应表观速率常数K＝0.0216min-1，在紫外光下2h的降解率为98.1％。此外，循环实验结果证实Ce/ZnO催化剂具有良好的稳定性和重复性，是一种具有良好应用前景的工业光催化剂。...

【技术保护点】
1.一种稀土 Ce 掺杂 ZnO制备纳米微球光催化剂的方法，其特征在于包括以下步骤：/n1）1.0-1.4mmol硝酸锌Zn(NO

【技术特征摘要】
1.一种稀土Ce掺杂ZnO制备纳米微球光催化剂的方法，其特征在于包括以下步骤：
1）1.0-1.4mmol硝酸锌Zn(NO3)2•6H2O、0.036-0.12mmol硝酸铈、1.0-1.4mmol六次甲基四胺C6H12N4和0.2-0.4mmol柠檬酸三钠C6H5Na3O7溶解在70-90mL去离子水中形成透明混合溶液；
2）将混合溶液转移到高压反应釜中，放入烘箱在80-100℃下加热反应3-5h；
3）反应结束后，待反应釜自然冷却至室温，得到的沉淀通过去离子水和无水乙醇交替离心洗涤3-5次，将得到的固定颗粒50-70℃加热干燥11-13h，最后通过煅烧前驱体在450-550℃下灼烧1-3h，即得Ce掺杂ZnO纳米微球光催化剂。


2.如权利要求1所述的一种稀土Ce掺杂ZnO制备纳米微球光催化剂的方法，其特征在于步骤1）制成的混合溶液中按照混合溶液：磁源ZnFe2O4微粒的重量比为1：15-25加入磁源ZnFe2O4微粒，重量比优选1:20，超声分散；将超声分散后的混合溶液转移到高压反应釜中反应；
所述的磁源ZnFe2O4微粒采用以下方法制备：
将1-3mmol硝酸锌Zn(NO3)2•6H2O和3-5mmol三氯化铁FeCl3•6H2O分散在50-70mL水中，在室温下搅拌使混合均匀；然后，逐滴加入7-9mL浓度为4-6mol/L的水合肼溶液，形成的悬浊液在室温下搅拌20-40min后转移至100-150mL有聚四氟乙烯内衬的不锈钢水热反应釜中，160-200℃保温反应13-15h；反应结束后，待反应釜自然冷却至室温，得到的沉淀通过水和乙醇交替洗涤3-4次后于50-70℃烘干，即得纳米磁源ZnFe2O4微粒。


3.如权利要求1所述的一种稀土Ce掺杂ZnO制备纳米微球光催化剂的方法，其特征在于步骤1）中：硝酸锌Zn(NO3)2•6H2O浓度为1.1-1.3mmol，优选1.15-1.25mmol，更优选1.2mmol；硝酸铈浓度为0.045-0.10mmol，优选0.060-0.084mmol，更优选0.070mmol；六次甲基四胺C6H12N4浓度为1.1-1.3mmol，优选1.15-1.25mmol，更优选1.2mmol；柠檬酸三钠浓度为0.25-0.35mmol，优选0.28-0.32mmol，更优选0.3mmol；去离子水的用量为75-85mL，优选78-82mL，更优选80mL。


4.如权利要求1所述的一种稀土Ce掺杂ZnO制备纳米微球光催化剂的方法，其特征在于步骤2）中：加热温度为85-95℃，优选90℃；反应时间为3.5-4.5h，优选4h；
步骤3）中：加热干燥温度为55-65℃，优选60℃；加热干燥时间为11.5-12.5h，优选12h；灼烧温度为480-530℃，优选500℃；灼烧时间为...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟炳伟，郭超，
申请(专利权)人：浙江农林大学暨阳学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33