一种氧化锌/银复合光催化材料及其制备方法与流程

本发明涉及光催化污染物治理的，特别涉及一种氧化锌/银复合光催化材料及其制备方法。

背景技术：

1、染料废水因其色度高、有机物浓度高以及水质波动大，成为环境治理中的一大难题。传统的处理方法，如吸附法、膜分离法和混凝沉淀法，虽然能实现染料分子的物相转移，但并未能彻底降解这些有机物，从而带来了二次污染的风险。

2、在众多新兴的处理废水技术中，光催化技术以其高效、低能耗、操作简便、适用范围广、无毒无害且无二次污染等显著优势，在染料降解领域展现出巨大的潜力。

3、其中，二氧化钛(tio2)是一种常见的光催化材料，其具有合适的半导体禁带宽度(3.2ev)，可以用387nm以下的光源激发活化，通过改性有望直接利用太阳能来驱动光催化反应。但是tio2的带隙较大，需要较高的能量才能激发其光催化活性，这限制了其在某些光催化应用中的使用。

4、氧化锌(zno)作为一种关键的半导体光催化材料，与二氧化钛(tio2)在禁带宽度上相近，并且其带隙较窄、对可见光的响应更为敏感，在降解某些有机污染物时，其光催化活性甚至超越了tio2。然而，zno纳米结构材料在实际应用中面临着两大挑战：一是光生电子与空穴的快速复合导致量子效率降低，二是其对可见光的吸收极为有限。因此，如何提升zno的量子效率和拓宽光谱响应范围，成为光催化领域的研究重点。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中zno作为催化剂在光催化领域的不足，本发明提供了一种氧化锌/银(zno/ag)复合材料的光催化材料及其制备方法，利用锌盐、银盐和还原性糖等为原料，通过简单的沉淀反应，合成不同投料比的负载银单质的氧化锌复合材料(zno/ag)，该复合材料呈现花簇状纳米结构，具有良好的光催化性能。

2、本发明第一个方面是提供一种氧化锌/银(zno/ag)复合光催化材料的制备方法，步骤包括：

3、将锌(zn2+)盐、银(ag+)盐置于第一溶剂中混合，得到a溶液；

4、将碱、还原性糖置于第二溶剂中混合，得到b溶液；

5、将a溶液与b溶液混合、反应，得到反应产物，即zno/ag复合光催化材料。

6、优选地，所述锌盐可以是无机酸盐或有机酸盐，并优选为选自zn(no3)2、znco3、znso4、zncl2、znbr2、zn(ch3coo)2、zn(hcoo)2中的一种或更多种组合。

7、更优选地，所述锌盐为水溶性或醇溶性盐。

8、更优选地，所述锌盐可以是以水合物、水溶液或醇溶液的形式提供。

9、优选地，所述银盐可以是无机酸盐或有机酸盐，并优选为选自ag(co2ch3)、agno3、ag2co3、ag2so4中的一种或更多种组合。

10、更优选地，所述银盐为水溶性或醇溶性盐。

11、更优选地，所述银盐可以是以水合物、水溶液或醇溶液的形式提供。

12、优选地，锌盐(优选地，以zn(no3)2的水合物计)与银盐(优选地，以agno3计)的重量比为(50-550)：1，优选为(70-530)：1，更优选为(100-500)：1。具体来说，锌盐(优选地，以zn(no3)2的水合物计)与银盐(优选地，以agno3计)的重量比可以是487:1、432:1、417:1、364:1、207:1、137:1、126:1、103:1中的一种。

13、优选地，所述第一溶剂可以是水、醇、醚、酯、酮、卤代烃、芳香烃、离子液体中的一种或更多种，并优选为选自：水、n,n-二甲基甲酰胺溶液、甲醇、乙醇、乙醚、四氢呋喃、二氯甲烷、四氯化碳、乙酸乙酯、丙酮、n-甲基吡咯烷酮、甲苯、离子液体(如1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐)中的一种或多种组合的溶剂中混合。

14、优选地，所述碱选自氢氧化钠(naoh)、碳酸氢钠(nahco3)、碳酸钠(na2co3)、氢氧化钾(koh)、氢氧化锂(lioh)、氢氧化钙(ca(oh)2)、氢氧化镁(mg(oh)2)、氢氧化钡(ba(oh)2)、氨水(nh3·h2o)中的一种或更多种。

15、更优选地，本技术所述碱选自氢氧化钠(naoh)、氢氧化钾(koh)、氨水(nh3·h2o)中的一种或更多种。

16、更优选地，b溶液中所述碱的浓度(优选地，以氢氧化钠计)为60-120g/l，优选为70-100g/l，更优选为75-80g/l。

17、在一种优选实施例中，所述还原糖可以是选自单糖、和/或双糖，如所述还原糖可以是葡萄糖、果糖、半乳糖、乳糖、麦芽糖中的一种或更多种。

18、同时所述还原糖也可以是能够在a溶液和/或b溶液中降解为还原糖的物质，如蔗糖、淀粉等。

19、更优选地，本技术所述还原糖选自葡萄糖、果糖中的一种或更多种。

20、更优选地，b溶液中所述还原糖(优选地，以葡萄糖计)的浓度为5-20g/l，优选为6-18g/l，更优选为8-12g/l。

21、优选地，所述第二溶剂可以是水、醇、醚、酯、酮、卤代烃、芳香烃、离子液体中的一种或更多种，并优选为选自：水、n,n-二甲基甲酰胺溶液、甲醇、乙醇、乙醚、四氢呋喃、二氯甲烷、四氯化碳、乙酸乙酯、丙酮、n-甲基吡咯烷酮、甲苯、离子液体(如1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐)中的一种或多种组合的溶剂中混合。

22、在一种优选实施例中，b溶液与a溶液混合之前，b溶液的温度为50-100℃，优选为60-80℃，更优选为70-75℃。

23、优选地，b溶液与a溶液混合之前，对b溶液进行加热。

24、在一种优选实施例中，a溶液与b溶液的混合方式为a溶液逐滴加入b溶液中。

25、在一种优选实施例中，a溶液与b溶液的反应温度为50-100℃，优选为60-80℃，更优选为70-75℃。

26、在一种优选实施例中，反应产物还进行清洗，更优选地，清洗后，所述反应产物还进行干燥。

27、优选地，所述清洗使用的清洗溶剂为水、乙醇、甲醇中的一种或几种。

28、优选地，反应产物的干燥温度为50-100℃，优选为55-80℃，更优选为60-75℃。

29、本技术第二个方面是提供一种光催化剂，优选为一种具有良好光催化性能的的光催化剂，即本技术所述氧化锌/银(zno/ag)复合光催化材料。

30、优选地，所述复合光催化材料由本技术上述制备方法得到。

31、在一种优选实施例中，所述zno/ag复合光催化材料的结构为纳米结构，优选为花簇状纳米结构。

32、在一种优选实施例中，所述反应产物包括ag、zno。

33、优选地，以反应产物的总质量为基准，ag的质量分数为0.2-10wt％，优选为0.3-5wt％，更优选为0.5-3wt％，更优选为0.5-2wt％。

34、具体来说，以反应产物的总质量为基准，ag的质量分数可以是0.5wt％、1wt％、1.5wt％、2wt％、2.5wt％、3wt％中的一种或更多种。

35、本技术第三个方面是提供一种光催化方法，包括，使用本技术所述的光催化剂进行光催化。

36、在一种优选实施例中，所述光催化在碱性条件下进行。

37、优选地，所述碱性条件优选为ph值为8-10，更优选为8.5-9。

38、在一种优选实施例中，所述光催化剂中，zno/ag复合材料中ag比例优选为0.5wt％、1wt％、1.5wt％、2wt％、2.5wt％、3wt％中的一种或更多种。

39、与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：

40、本发明提供了一种zno/ag复合光催化材料及其制备方法，所述zno/ag复合光催化材料呈现花簇状纳米结构，具有良好的光催化性能，可见光吸收能力也得到增强。本发明通过ag纳米颗粒与zno的协同作用，其复合材料能高效捕获太阳光中的可见光，促进光催化反应效率。其比表面积的大幅增加、丰富的反应活性位点进一步加速了反应进程。并且，本发明的eds分析确认了元素均匀分布，保障了ag纳米颗粒的有效分散与催化潜能的最大化。该复合光催化材料不仅优化了ag/zno投料比以获得最佳光催化效率，还展现了良好的ph适应性和多次使用后的稳定催化性能。特别在弱碱性条件下，该复合材料展现出卓越的光催化效果，并具备强大的矿化能力，有效降解有机污染物，为环境治理和水处理领域提供了高效、低成本的解决方案，展现出广阔的应用前景。