氧化锌/聚苯胺复合光催化剂的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氧化锌/聚苯胺复合材料光催化剂的制备方法。采用直接沉淀法和水热法，分别制备出纳米氧化锌，用硅烷偶联剂对所得纳米氧化锌进行表面化学改性，通过乳液聚合法使其与聚苯胺（PANI）复合得到不同形貌的纳米氧化锌/聚苯胺复合材料光催化剂。本发明专利技术方法操作简单；制得的复合材料光催化剂具有稳定性高，循环利用的寿命增长；提高了复合材料的光催化活性和效率；增强氧化锌对可见光的吸收利用，大大提高了光催化剂对太阳光的利用率，具有较高的可见光催化降解效率，使纳米氧化锌光催化剂在含有机物污水处理方面具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于氧化物半导体复合光催化剂
，特别涉及一种。
技术介绍
近年来，随着环境污染的加剧，控制污染、保护环境，实现可持续发展是人类社会面临的重大问题，半导体光催化技术作为一种高效、绿色的环境治理技术具有广阔应用前氧化锌(ZnO)是一种重要的宽带半导体光催化剂，纳米氧化锌作为一种新型的功能材料表现出了其良好的催化活性，由于成本低廉，制备方法简单，形貌易于控制，在半导体光催化
将具有很好的应用前景。但是，纳米氧化锌易于受到光腐蚀，它的禁带带隙宽度为3.4eV，太阳光吸收波长范围狭窄，只对紫外光有响应，可见光利用效率低；此外，纳米氧化锌光生载流子的复合率较高，因此量子效率较低。对氧化锌半导体光催化剂进行复合改性可以加快光生电子和空穴的分离，抑制载流子复合以提高量子效率；扩大起作用的光波范围；提高光催化材料的稳定性等。从充分利用太阳能的角度，探索、研究氧化物半导体改性、复合技术的新方法，提高氧化锌光催化剂的稳定性和光催化效率，制备一种在可见光下有高效光催化剂具有重要的现实意义。聚苯胺(PANI)合成方法简单，稳定性较好，耐高温及抗氧化性能良好等优点。此夕卜，由于它独特的掺杂机制，具有多种可相互转换的不同的电子结构态和优异的物理化学性能，酸掺杂的聚苯胺膜在可见光及红外区有很强的吸收，实验表明聚苯胺对纳米结构TiO2有一定的敏化作用，扩展到可见光和红外区。纳米氧化锌与聚苯胺复合，可大大提高氧化锌光腐蚀保护能力及稳定性以及可见光催化活性等。通过在氧化锌纳米材料的表面化学修饰、原位聚合，可以形成良好的异质结界面，有利于光生电子一空穴的分离，从而提高复合材料的光催化活性和效率，同时拓展太阳光吸收范围，增强对可见光的吸收利用，提高光催化剂的化学稳定性，这将使氧化锌光催化剂有更加广泛的实际应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于设计、提供一种，本专利技术方法制得的氧化锌/聚苯胺复合材料具有紫外光、可见光光催化性能，解决了纳米氧化锌光催化剂对可见光响应性、稳定性差的问题。本专利技术所提供的技术方案如下: 一种，其特征在于，通过沉淀法或水热法制备出不同形貌的纳米氧化锌，使用硅烷偶联剂对纳米氧化锌进行表面化学修饰后，通过乳液聚合法使其与聚苯胺复合得到不同形貌的纳米氧化锌/聚苯胺复合材料光催化剂，具体操作步骤如下: (1)、采用锌盐的醇溶液与碱的醇溶液直接沉淀法或水热法制备出纳米氧化锌，其中直接沉淀法制备出的纳米氧化锌为颗粒状或棒状，水热法制备出的纳米氧化锌为球形花状； (2)、使用回流法用硅烷偶联剂对所制得纳米氧化锌进行表面化学改性； (3)、将上述得到的表面化学改性的纳米氧化锌通过乳液原位聚合法与聚苯胺复合得到不同形貌的纳米氧化锌/聚苯胺复合材料光催化剂。步骤(I)所述的醇是指甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇中的一种；所述的锌盐是指硝酸锌、醋酸锌或硫酸锌中的一种；所述的碱是指氢氧化钠；直接沉淀法的反应温度为25V或80°C ;水热法的反应温度为100°C -180°C。步骤(I)所述的醇为乙醇；所述的锌盐是醋酸锌。步骤⑵所述的回流法中所用的溶剂为甲苯或二甲苯，所述的硅烷偶联剂是指硅烷偶联剂KH-550或硅烷偶联剂KH-42，回流的温度为80°C，回流时间为3小时。步骤(3)中所述的乳液原位聚合法是皮克林(Pickering)乳液原位聚合方法。本专利技术制备方法制得的氧化锌/聚苯胺复合光催化。本专利技术提供的光催化活性评价方法:所有光催化反应均在室温下进行，反应器内装有IOOml浓度为15mg/L亚甲基蓝溶液，30mg复合材料光催化剂，反应器下配有磁力搅拌器，500W氙灯模拟日光光源竖直照射在反应器溶液上(可见光催化活性评价时，使用400纳米波长截止滤波片)，在打开光源进行光催化反应前，先将其避光磁力搅拌半小时，然后打开氙灯光源进行光催化反应，每隔一段时间取一次样，离心分离，用紫外-可见分光光度计测亚甲基蓝溶液在665nm处的吸光度变化，降解率按照下面的公式计算:降解率％=U。-A)/ A。X100%。A。为亚甲基蓝溶液的初始吸光度，A光照一段时间后取出样品离心所得上清液的吸光度。本专利技术与现有的技术工艺相比较，具有以下的优点:(I)通过简单易行的方法合成出形貌、尺寸均一的颗粒状、棒状和球形花状的纳米氧化锌，利用反应温度控制即可实现纳米氧化锌材料形貌的控制；(2)使用功能性有机基团的硅烷偶联剂对纳米氧化锌进行表面化学修饰后，提高其乳化能力，在乳液体系中原位聚合形成氧化锌/聚苯胺复合材料中没有再使用乳化剂；(3)通过在氧化锌纳米材料的表面化学修饰、原位聚合，可以形成良好的氧化锌-聚苯胺异质结界面，提高氧化锌光催化剂的稳定性，可以提高其可循环利用的寿命；(4)有利于催化剂光生电子一空穴的分离，减少载流子复合几率，从而提高复合材料的光催化活性和效率；(5)增强氧化锌对可见光的吸收利用，大大提高了光催化剂对太阳光的利用率，具有较高的可见光催化降解性能，。这些特点将使氧化锌光催化剂有更加广泛的实际应用前景。附图说明图1为不同形貌纳米氧化锌的X射线衍射 图2为不同形貌纳米氧化锌的扫描电子显微镜照片； 图3为不同形貌纳米氧化锌/聚苯胺复合材料的透射电子显微镜照片； 图4为不同形貌纳米氧化锌/聚苯胺复合材料的紫外-可见光催化降解曲线； 图5为不同形貌纳米氧化锌/聚苯胺复合材料的可见光催化降解曲线； 图6为球形花状的纳米氧化锌/聚苯胺复合材料的一次及二次紫外-可见光催化降解曲线。具体实施例方式下面通过实施例对本专利技术作进一步详述。实施例1:直接沉淀法制备颗粒状纳米氧化锌和棒状纳米氧化锌 称取0.02mol的醋酸锌和0.04mol的氢氧化钠，分别溶解在IOOml乙醇中，磁力搅拌下，将溶解好的NaOH乙醇溶液快速倒入到装有醋酸锌乙醇溶液的圆底烧瓶中，在25°C下搅拌24h后，离心分离，依次用无水乙醇、去离子水洗涤数次，室温真空干燥得到白色粉末，产物经X射线粉末衍射鉴定为的氧化锌(图la)，通过扫描电子显微镜鉴定为颗粒状纳米氧化锌，粒径约为30nm (图2a)。称取0.02mol的醋酸锌和0.04mol的氢氧化钠，分别溶解在IOOml乙醇中，磁力搅拌下，将NaOH乙醇溶液快速倒入到装有醋酸锌乙醇溶液的圆底烧瓶中，在80°C下回流24h后，离心分离，依次用无水乙醇、去离子水洗涤数次，室温真空干燥白色粉末，产物经X射线粉末衍射鉴定为的氧化锌(图lb)，通过扫描电子显微镜鉴定为棒状状纳米氧化锌，纳米棒的长度IOOnm左右，直径约40nm (图2b)。实施例2:水热法制备出形貌和尺寸均一的球形花状的纳米氧化锌 水热法控制合成球形花状纳米氧化锌:称取0.0lmol醋酸锌，溶解在IOml去离子水中，加入事先配置好的IM的NaOH溶液20ml，充分混合。将所得的混合液加入聚四氟乙烯内衬高压反应釜中，并加入8ml的去离子水，在120°C下水热反应12小时，自然冷却至室温，将反应釜内产物抽滤，依次用去离子水和无水乙醇洗涤三次，真空干燥得白色粉末，产物经X射线粉末衍射鉴定为的氧化锌(见图lc)，通过扫描电子显微镜鉴定为球形花状纳米氧化锌，花瓣状片的厚度约为20纳米，球的直径约2.0微米(见图2c)。实施例3:纳米氧化锌表面化学改性 将0.5g纳米本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化锌/聚苯胺复合光催化剂的制备方法，其特征在于，通过沉淀法或水热法制备出不同形貌的纳米氧化锌，使用硅烷偶联剂对纳米氧化锌进行表面化学修饰后，通过乳液聚合法使其与聚苯胺复合得到不同形貌的纳米氧化锌/聚苯胺复合材料光催化剂，具体操作步骤如下：（1）、采用锌盐的醇溶液与碱的醇溶液直接沉淀法或水热法制备出纳米氧化锌，其中直接沉淀法制备出的纳米氧化锌为颗粒状或棒状，水热法制备出的纳米氧化锌为球形花状；（2）、使用回流法用硅烷偶联剂对所制得纳米氧化锌进行表面化学改性；（3）、将上述得到的表面化学改性的纳米氧化锌通过乳液原位聚合法与聚苯胺复合得到不同形貌的纳米氧化锌/聚苯胺复合材料光催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种氧化锌/聚苯胺复合光催化剂的制备方法，其特征在于，通过沉淀法或水热法制备出不同形貌的纳米氧化锌，使用硅烷偶联剂对纳米氧化锌进行表面化学修饰后，通过乳液聚合法使其与聚苯胺复合得到不同形貌的纳米氧化锌/聚苯胺复合材料光催化剂，具体操作步骤如下: (1)、采用锌盐的醇溶液与碱的醇溶液直接沉淀法或水热法制备出纳米氧化锌，其中直接沉淀法制备出的纳米氧化锌为颗粒状或棒状，水热法制备出的纳米氧化锌为球形花状； (2)、使用回流法用硅烷偶联剂对所制得纳米氧化锌进行表面化学改性； (3)、将上述得到的表面化学改性的纳米氧化锌通过乳液原位聚合法与聚苯胺复合得到不同形貌的纳米氧化锌/聚苯胺复合材料光催化剂。2.根据权利要求1所述的氧化锌/聚苯胺复合光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(I)所述的醇是指甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇中的一种；所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李村，吴振玉，李奉杰，朱维菊，方敏，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：