申请日2018.03.08
公开(公告)日2018.09.07
IPC分类号B01J27/04; C02F1/30; C02F101/36; C02F101/38
摘要
本发明属于污水处理的技术领域，提供了一种用于污水处理的星形状硫化锌光催化剂及制备方法。该方法以六水硝酸锌、硫脲为原料，在结构导向剂和形貌调控剂的存在下，在高压反应釜中进行反应，制得星形状硫化锌光催化剂。与传统方法相比，本发明制备的硫化锌光催化剂是到尺寸均匀、形貌规整的星形状纳米材料，比表面积大，光催化活性高，光催化降解效果好，对污水中的污染物有着极好的催化降解作用，并且制备方法简单，成本较低，可规模化推广制备。
权利要求书
1.一种用于污水处理的星形状硫化锌光催化剂的制备方法，其特征在于，以六水硝酸锌、硫脲为原料，在结构导向剂和形貌调控剂的存在下，在高压反应釜中进行反应，制得星形状硫化锌光催化剂，制备的具体步骤如下：
(1)将六水硝酸锌、硫脲及结构导向剂混合，然后加入形貌调控剂，搅拌均匀，制得混合反应液;其中：六水硝酸锌30~35重量份、硫脲28~32重量份、结构导向剂28~39重量份、形貌调控剂3~5重量份;所述结构导向剂为十二烷基二苯醚二磺酸钠;所述形貌调控剂为三乙醇胺和聚丙烯酸钠;
(2)将步骤(1)制得的混合反应液加入高压反应釜中，对反应釜进行密封，然后加热加压进行反应，反应完成后进行冷却、洗涤及干燥，制得星形状硫化锌光催化剂。
2.根据权利要求1所述一种用于污水处理的星形状硫化锌光催化剂的制备方法，其特征在于：所述三乙醇胺和聚丙烯酸钠的质量比例为2:1~3:1。
3.根据权利要求1所述一种用于污水处理的星形状硫化锌光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述高压反应釜的材质为铸铁、不锈钢、搪玻璃中的一种，密封方式为机械密封。
4.根据权利要求1所述一种用于污水处理的星形状硫化锌光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述反应压力为200~400bar，反应温度为200~220℃，反应时间为3~5h。
5.根据权利要求1所述一种用于污水处理的星形状硫化锌光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述冷却速度为3~5℃/min。
6.根据权利要求1所述一种用于污水处理的星形状硫化锌光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述洗涤采用无水乙醇或乙醚，洗涤次数为2~3次，并采用去离子水清洗1~2次。
7.根据权利要求1所述一种用于污水处理的星形状硫化锌光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述干燥为红外线干燥，红外线波长为800~900nm，干燥距离为10~20cm，时间为20~30min。
8.权利要求1~7任一项所述制备方法制备得到的用于污水处理的星形状硫化锌光催化剂。
说明书
一种用于污水处理的星形状硫化锌光催化剂及制备方法
技术领域
本发明属于污水处理的技术领域，提供了一种用于污水处理的星形状硫化锌光催化剂及制备方法。
背景技术
自上世纪七十年代起，持续的环境污染及能源短缺，引起了人们对全球危机的担忧，为了实现人类社会的可持续发展，开发一种即可用于环境治理又可用于清洁能源制备的新技术，成为一项紧急而迫切的任务，光催化技术因其在环境保护、清洁能源制备(太阳能转化为氢能)等领域广阔的应用前景，而受到高度重视，成为一种极具应用前景的技术。
光催化技术以其易操作、无污染、可直接利用太阳光等优点成为当前太阳能利用的研究热点之一。基于半导体材料的光催化技术在净化水污染、有机合成和光解水制氢等环境与资源的利用方面具有重要的应用，是一种高效、低能耗、洁净、无二次污染的技术。其中光催化剂是光催化技术发展和应用的关键，决定着光催化降解污染物的效果。
目前用作光催化剂的半导体材料多种多样，其中硫化锌便是非常重要的一种。硫化锌是一种过渡金属硫化物，是一种重要的化工原料、发光材料和半导体材料，纳米硫化锌因其特殊的性能，在发光、磷光体、传感器、红外窗口材料、光催化等许多领域有着广泛的用途纳米级别的硫化锌边缘结构复杂，具有很高的不饱和性，反应活性高，在光催化剂领域引起了人们的广泛关注。
目前国内外在污水处理光催化技术，尤其是用于污水处理的硫化锌光催化剂的研究方面已取得了一定成效。其中刘东青等人发明了一种核壳结构二氧化钒/硫化锌复合粉体及其制备方法(中国发明专利申请号201511011306.8)，其内核为二氧化钒粉体，外壳为硫化锌，核壳结构二氧化钒/硫化锌复合粉体的制备方法，包括以下步骤：(1)通过一步水热法合成单斜相二氧化钒粉体;(2)配制醋酸锌/醋酸/醋酸钠混合缓冲溶液;(3)在混合缓冲溶液中加入表面活性剂和二氧化钒粉体后进行搅拌，加入巯基乙胺后进行加热，冷却后得到产物悬浊液;(4)将产物悬浊液进行离心、洗涤、真空干燥，得到的二氧化钒/硫化锌粉体可以保持其红外自适应特性，实现可见光/红外兼容的自适应伪装，具有更加优异的伪装防护性能和热稳定性，这使此发明的核壳结构二氧化钒/硫化锌复合粉体在伪装防护领域具有广阔的应用前景。另外，陈凤娟等人发明了一种固相法制备硫化铜-硫化锌异质结三维纳米结构的方法(中国发明专利申请号201510497027.0)，该方法是将金属锌盐、醋酸铜和硫代乙酰胺在室温条件下混合研磨反应，实现了硫化铜-硫化锌异质结三维纳米结构的低热固相合成，此发明制备硫化铜-硫化锌异质结三维纳米结构的低热固相化学法具有操作简单、不使用溶剂、高产率、成本低、合成工艺简单等特点;且此发明制备的硫化铜-硫化锌异质结三维纳米结构具有大的比表面积和高的反应活性，将在光电器件、光催化等领域具有潜在的应用前景。
可见，现有技术中用于污水处理的硫化锌光催化剂存在比表面积小，分散性差，光催化活性低，性能不稳定，耐久性差等缺点，并且传统的制备方法过程复杂，成本较高，限制了硫化锌在污水净化领域的发展。
发明内容
针对这种情况，我们提出一种用于污水处理的星形状硫化锌光催化剂及制备方法，将六水硝酸锌、硫脲和十二烷基二苯醚二磺酸钠形成混合溶液，再将三乙醇胺和聚丙烯酸钠作为形貌调控剂加入混合溶液中，搅拌均匀，得到反应液，将反应液放入密封的高压反应釜中,加热反应后经过冷却、洗涤、干燥得到星形状硫化锌光催化剂。本方法利用十二烷基二苯醚二磺酸钠为结构导向剂和形貌调控剂，通过调整结构导向剂得用量，可在微观尺度上对目标产物的形貌进行有效调控，从而得到尺寸均匀、形貌规整的纳米材料，使得制备的星形状硫化锌光催化剂具有比表面积大、分散性好，性能稳定的优点，光催化活性极高，可广泛用于污水处理中，并且制备方法简单，可规模化制备。
为实现上述目的，本发明涉及的具体技术方案如下：
一种用于污水处理的星形状硫化锌光催化剂的制备方法，以六水硝酸锌、硫脲为原料，在结构导向剂和形貌调控剂的存在下，在高压反应釜中进行反应，制得星形状硫化锌光催化剂，制备的具体步骤如下：
(1)将六水硝酸锌、硫脲及结构导向剂混合，然后加入形貌调控剂，搅拌均匀，制得混合反应液;其中：六水硝酸锌30~35重量份、硫脲28~32重量份、结构导向剂28~39重量份、形貌调控剂3~5重量份;
(2)将步骤(1)制得的混合反应液加入高压反应釜中，对反应釜进行密封，然后加热加压进行反应，反应完成后进行冷却、洗涤及干燥，制得星形状硫化锌光催化剂。
优选的，步骤(1)所述结构导向剂为十二烷基二苯醚二磺酸钠。
优选的，步骤(1)所述形貌调控剂为三乙醇胺和聚丙烯酸钠。优选的，所述三乙醇胺和聚丙烯酸钠的质量比例为2:1~3:1。
优选的，步骤(2)所述高压反应釜的材质为铸铁、不锈钢、搪玻璃中的一种，密封方式为机械密封。
优选的，步骤(2)所述反应压力为200~400bar，反应温度为200~220℃，反应时间为3~5h。
优选的，步骤(2)所述冷却速度为3~5℃/min。
优选的，步骤(2)所述洗涤采用无水乙醇或乙醚，洗涤次数为2~3次，并采用去离子水清洗1~2次。
优选的，步骤(2)所述干燥为红外线干燥，红外线波长为800~900nm，干燥距离为10~20cm，时间为20~30min。
本发明还提供一种上述制备方法制备得到的用于污水处理的星形状硫化锌光催化剂。
该方法以六水硝酸锌、硫脲为原料，在结构导向剂和形貌调控剂的存在下，在高压反应釜中进行反应，制得星形状硫化锌光催化剂。与传统方法相比，本发明制备的硫化锌光催化剂是到尺寸均匀、形貌规整的星形状纳米材料，比表面积大，光催化活性高，光催化降解效果好，对污水中的污染物有着极好的催化降解作用，并且制备方法简单，成本较低，可规模化推广制备。
本发明提供了一种用于污水处理的星形状硫化锌光催化剂及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：
1.本发明制备的硫化锌光催化剂，对污水中的污染物有着极好的催化降解作用。
2.本发明的制备中通过综合利用结构导向剂和形貌调控剂，可有效控制产物的形貌特征，可得到尺寸均匀、形貌规整的纳米材料。
3.本发明制得的光催化剂比表面积大，光催化活性高，光催化降解效果好。
4.本发明的制备方法简单，成本较低，可规模化推广制备。
