專利名稱：氧化鋅納米復合材料及其制備方法
技術領域：
本發明屬于納米復合材料及其制備方法。
背景技術：
最近幾年，納米尺寸的材料在不同的科學技術領域展示了重要的應用前景。納米 尺寸范圍的一些金屬化合物如Ti02，A1203，ZnO等，表現出較強的催化活性。其作為光催 化劑，能破壞大范圍的有機無機污染物，使有機化合物分解為C02，水和礦物鹽等無害產物。 Ti02作為較早研制的光催化劑，已實現工業化生產。但Ti02對污水處理效果較差，周期長。 研究發現，ZnO是非常有應用前景的光催化劑，因為它催化活性高，成本低，化學性能穩定、 對環境無污染。然而，要想獲得高催化活性的納米尺寸ZnO光催化劑，非常困難，主要原因 是ZnO體系中光生電子-空穴會快速復合。為了阻止光生電子-空穴的復合，必需在ZnO體 系中引入新的體系，形成ZnO復合材料[1-8]。當紫外光照射ZnO復合材料時，ZnO吸收紫 外光，價帶電子激發，產生光生電子-空穴。光生電子可以轉移到ZnO復合材料中的新組份 上，或通過新組份再轉移到ZnO的導帶，從而與ZnO表面上吸附的水H20)作用，產生具有強 氧化能力的氧負自由基(.02-)。另外，在ZnO價帶留下的空穴與水H20)作用，產生具有強 氧化能力的羥基自由基(.0H)。這一過程可以有效減少或阻止光生電子-空穴的復合，從而 有效提高ZnO復合材料的光催化活性。然而，到目前為止，實驗室所合成的ZnO復合材料作 為光催化劑存在以下問題光催化活性較弱、光催化降解有機物的時間長(1小時以上)，重 復利用率較差(僅能使用2-3次)、貴金屬、表面活性劑等使用使其合成成本較高等等。因 此，產品無法工業化。
發明內容
本發明所要解決的第一個技術問題是提供可重復使用多次的氧化鋅納米復合材 料。本發明所要解決的第二個技術問題是上述材料的制備方法。本發明解決技術問題的技術方案為氧化鋅納米復合材料，為粒徑為20-100納米 的CdO/aiO，其中鋅與鎘的摩爾比為(99-90) (1-10)。優選的氧化鋅納米復合材料，為粒徑為20-40納米的CdO/aiO，其中鎘的原子百分 比為3-5% O本發明的制備方法為稱取鋅鹽和鎘鹽，加入無水乙醇完全溶解，將草酸的乙醇溶液逐滴加入到硝酸鋅 和氯化鎘的混合溶液中，混合均勻，在120-150°C反應不小于8小時，反應結束后，自然冷 卻至室溫，產物用蒸餾水，乙醇洗滌，干燥至恒重，得到前驅體，鋅鹽、鎘鹽、草酸的摩爾比為 (99-90) (1-10) 100 ；將前驅體在400_450°C反應不小于2小時。所述的鋅鹽為硝酸鋅、氯化鋅、硫酸鋅一種或數種的混合物。
所述的鎘鹽為硝酸鎘、氯化鎘、硫酸鎘一種或數種的混合物。本發明以一些無機鹽(如硝酸鹽，硫酸鹽等)和草酸或草酸鹽、碳酸鹽、及一些有 機小分子為原料，通過簡單的溶液法，易于一步合成1維半導體氧化物的前驅體，合成的1 維前驅體在加熱過程中，會分解出大量的小分子物質如水、CO等，從而得到比表面積較大的 1維多孔半導體氧化物。由于較大的比表面積，使其在氣體吸附、催化等方面具有重要應用 價值。本發明與現有技術相比，所述的復合材料對高濃度、難降解有機物(如各種染料、 苯胺類、苯酚類等)在短時間內O0-60分鐘)達到較好的降解效果，并且可重復使用多次 (如10次以上)。對紡織、印染污水，光催化降解60分鐘后，污水COD值在15mg/L以下，重 復利用10次以后，污水的COD值在30mg/L左右。此產品與目前市售光催化劑TiO2及污水 處理劑相比，具有對污水處理周期短(僅需1小時，一般處理劑至少需M小時)、重復利用 率高(10次以上)。
圖1為實施侈1所制的復合材料的粉末衍射圖(XRD)。
圖2為實施侈1所制的復合材料的透射圖(TEM)。
圖3為實施侈1所制的復合材料的透射圖(TEM)。
圖4為實施侈1所制的復合材料電子能譜圖(EDX)。
圖5為實施侈2所制的復合材料的透射圖(TEM)。
圖6為實施侈3電子掃描顯像圖(SEM)。
圖7為實施侈2光催化降解甲基橙(MO) (a)的紫外-可見光譜圖。
圖8為實施侈2光催化降解甲基紅(MR) (b)的紫外-可見光譜圖。
圖9為實施侈2光催化降解羅丹明B (RhB) (c)的紫外-可見光譜圖
圖10為實施列2光催化降解亞甲藍(MB) (d)的紫外-可見光譜圖。
圖11為實施列2對對亞甲基藍光催化降解重復利用率圖
具體實施例方式下面結合實施例對本發明作詳細的說明。實施例1 稱取硝酸鋅9mmol和Immol硝酸鎘，加入20ml無水乙醇完全溶解，將草酸的乙醇 溶液(10mmOl/20ml)逐滴加入到硝酸鋅和氯化鎘的混合溶液中，混合均勻，在130°C反應10 小時，反應結束后，自然冷卻至室溫，產物用蒸餾水，乙醇洗滌，干燥至恒重，得到前驅體，鋅 鹽、鎘鹽、草酸的摩爾比為9 1 10。將前驅體在420°C干燥2小時。得到粒徑為20-100 納米的CdO/aiO，其中鋅與鎘的摩爾比為9 1。圖1表明實施例1為ZnO和少量CdO ；圖 2、圖3表明，實施例1由顆粒尺寸20-100nm的納米小粒子構成的多孔棒狀結構。圖4表明， 實施例1含有Zn、0、Cd三種元素。實施例2 除鋅鹽、鎘鹽、草酸的摩爾比為95 5 100，外，其余與實施例1相同。圖5表 明，實施例2由顆粒尺寸20-40nm的納米小粒子構成。
實施例3 除鋅鹽、鎘鹽、草酸的摩爾比為97 3 100，外，其余與實施例1相同。圖6表 明，實施例3由顆粒尺寸20-40nm的納米小粒子構成的多孔納米棒。實施例4苯胺類、苯酚類有機物及染料的降解準確稱量40mg的氧化鋅復合材料(實施例2)于燒杯中，加入10mg/L所要處理的 有機物或染料100ml，避光磁力攪拌0.5小時，達到吸附平衡。然后利用300W紫外光燈(波 長365 400mn)進行光催化降解。每隔一段時間取樣，離心分離，溶液進行紫外-可見光 分析。根據紫外-可見數據，計算降解率。光催化染料的效果如圖7-11、表1所示。表 權利要求
1.氧化鋅納米復合材料，其特征在于所述的復合材料為粒徑為20-100納米的CdO/ &ι0，其中鋅與鎘的摩爾比為(99-90) (1-10)。
2.根據權利要求1所述的氧化鋅納米復合材料，其特征在于所述的復合材料，為粒徑 為20-40納米的CdO/aiO，其中鎘的原子百分比為3-5%。
3.權利要求1所述的氧化鋅納米復合材料的制備方法為稱取鋅鹽和鎘鹽，加入無水乙醇完全溶解，將草酸的乙醇溶液逐滴加入到硝酸鋅和 氯化鎘的混合溶液中，混合均勻，在120-150°C反應不小于8小時，反應結束后，自然冷卻 至室溫，產物用蒸餾水，乙醇洗滌，干燥至恒重，得到前驅體，鋅鹽、鎘鹽、草酸的摩爾比為 (99-90) (1-10) 100 ；將前驅體在400-450°C反應不小于2小時。
4.根據權利要求3所述的氧化鋅納米復合材料的制備方法，其特征在于所述的鋅鹽 為硝酸鋅、氯化鋅、硫酸鋅一種或數種的混合物。
5.根據權利要求3所述的氧化鋅納米復合材料的制備方法，其特征在于所述的鎘鹽 為硝酸鎘、氯化鎘、硫酸鎘一種或數種的混合物。
全文摘要
本發明公開了氧化鋅納米復合材料及其制備方法，所述的復合材料為粒徑為20-100納米的CdO/ZnO，其中鋅與鎘的摩爾比為(99-90)∶(1-10)。本發明與現有技術相比，所述的復合材料對高濃度、難降解有機物(如各種染料、苯胺類、苯酚類等)在短時間內(20-60分鐘)達到較好的降解效果，并且可重復使用多次(如10次以上)。對紡織、印染污水，光催化降解60分鐘后，污水COD值在15mg/L以下，重復利用10次以后，污水的COD值在30mg/L左右。此產品與目前市售光催化劑TiO2及污水處理劑相比，具有對污水處理周期短(僅需1小時，一般處理劑至少需24小時)、重復利用率高(10次以上)。
文檔編號B01J23/06GK102059108SQ20101056227
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月26日 優先權日2010年11月26日
發明者周海燕, 彭銀, 楊子輝 申請人:安徽師范大學