一种光催化剂SrO-ZnO及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及光催化材料领域，特别涉及一种光催化剂及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002]近年来，随着工业生产的快速发展，能源和环境污染问题一直受到人们的普遍关注。工业污染治理技术的要求提高，光催化技术在环境治理方面的研究也越来越多。利用太阳能源光催化降解污染物已经是人们研究的热点之一。半导体材料在光的照射下，通过把光能转化为化学能促进化合物的合成或使化合物降解，这就是所谓的光催化技术。
[0003]光催化技术作为一种“绿色”技术，其在治理水污染方面，有着与传统治理水污染技术不可比拟的很多的优点:(I)操作简便，耗能较低；(2)光催化反应一般在常温常压条件下就可进行，所需的反应条件温和，而且无机以及有机污染物能够被部分或者完全降解，从而使很多的环境污染物降解生成H2O和CO2，不会产生二次污染；(3)可以利用太阳光作为光源；(4)有些光催化剂成本低，低毒甚至无毒，稳定性高并且可以重复利用。光催化技术不仅可以用于处理水污染的问题，而且还可以用于处理大气污染、土壤污染、杀菌等多个方面，光催化技术显示出了极其广阔的应用价值。
[0004]通常将1102作为催化剂用于环境净化方面，例如黄娟茹等在工业催化，2007，15(1):1-7中报道了 1102光催化剂掺杂改性的研究进展；李慧泉，张颖，崔玉民等在石油化工，2011，40(4):439-443中报道了 1102纳米光催化剂的低温制备及其性能。近年来还发展了氮化碳(C3N4)催化剂用于环境净化，其具有无毒、无二次污染等优点，但氮化碳(C3N4)的光催化性能还有待提尚。
[0005]—种改性方式是T12与氮化碳复合形成光催化剂，例如CN101791565A公开了一种T12石墨相氮化碳异质结复合光催化剂及其制备方法，该催化剂结构为:核为T12纳米粒子，壳为石墨相氮化碳层。制备方法包括以下步骤:a)通过水热反应制备表面密勒胺包覆的打02纳米粒子；b)水洗、分离、干燥后，经煅烧即得1102石墨相氮化碳异质结复合光催化剂。但T12纳米粒子不易形成，而且容易发生团聚，石墨相氮化碳壳层催化作用有限。
[0006]因此，寻找一种可用于污水处理，无毒、无污染并且光催化性能稳定的可见光催化剂的问题亟待解决。
【发明内容】
[0007]为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，结果发现:用可溶性锌盐和可溶性锶盐作为原料，在碱性条件下进行反应，再将得到的固体进行煅烧，任选地进行冷却和粉碎，制得光催化剂SrO-ZnO，所述光催化剂在紫外光或可见光照射下均对有机染料，特别是偶氮类有机染料具有良好的催化降解作用，从而完成了本发明。
[0008]本发明的目的在于提供以下方面:
[0009]第一方面，本发明提供一种制备光催化剂SrO-ZnO的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤:
[0010](I)将可溶性锌盐与可溶性锶盐溶解于溶剂中，调节体系的pH至碱性，将得到的固体从反应体系中分离出来，对分离得到的固体进行洗涤，任选地进行干燥；
[0011](2)将步骤I得到的固体进行煅烧，煅烧后任选地进行冷却和粉碎，制得的光催化剂。
[0012]第二方面，本发明还提供根据上述第一方面所述方法制得的光催化剂SrO-ZnO，其特征在于，
[0013]所述光催化剂，基于光催化剂的总重量，其中锶元素的重量分数为0.5%?5%，优选为1%?4%，如1%、1.5%、2%和3% ;和/或
[0014]根据其红外光谱，其在波数为1620cm \ 1200cm 1和IllOcm 1处存在吸收峰；和/或
[0015]根据其光致发光谱，其在波长为350?480nm范围内存在较强的发光信号。
[0016]第三方面，本发明还提供根据上述第二方面所述光催化剂在治理染料污水，特别是有机染料污水，尤其是含有偶氮类有机染料污水方面的应用。
【附图说明】
[0017]图1示出样品的红外光谱图；
[0018]图2示出样品的光致发光光谱图；
[0019]图3示出样品的紫外-可见漫反射光谱图；
[0020]图4a示出样品紫外光催化活性；
[0021]图4b示出样品可见光催化活性；
[0022]图5a示出对比例I制得样品在不同时间内光催化降解甲基橙过程中荧光强度变化曲线图；
[0023]图5b示出实施例2制得样品在不同时间内光催化降解甲基橙过程中荧光强度变化曲线图；
[0024]图6a示出对比例I制得样品在紫外光照射下催化降解甲基橙溶液的紫外_可见光谱随时间变化测定结果；
[0025]图6b示出实施例2制得样品在紫外光照射下催化降解甲基橙溶液的紫外-可见光谱随时间变化测定结果。
【具体实施方式】
[0026]下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
[0027]以下详述本发明。
[0028]根据本发明的第一方面，提供一种制备光催化剂SrO-ZnO的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤:
[0029]步骤I，将可溶性锌盐与可溶性锶盐溶解于溶剂中，调节体系的pH至碱性，将得到的固体从反应体系中分离出来，对分离得到的固体进行洗涤，任选地进行干燥。
[0030]在本发明中，所述可溶性锌盐选自氯化锌、硫酸锌、硝酸锌、醋酸锌及其水合物等，优选选自氯化锌及其水合物、硝酸锌、六水合硝酸锌、醋酸锌、二水合醋酸锌等，更优选选自硝酸锌和六水合硝酸锌。[0031 ] 在本发明中，所述可溶性锶盐选自氯化锶、硝酸锶、醋酸锶、甲酸锶及其水合物，优选为氯化锶、六水合氯化锶、硝酸锶、六水合硝酸锶、醋酸锶、半水合醋酸锶、甲酸锶和二水合甲酸锶，如氯化锶和六水合氯化锶。
[0032]在本发明步骤I中，可溶性锌盐与可溶性锶的重量比根据目标光催化剂中锶的重量分数来确定，其中，所述锶的重量分数是指，基于制得的光催化剂的总重量，其中锶元素的重量分数。在本发明中，光催化剂中锁的重量分数优选为0.5%?5%。
[0033]在本发明步骤I中，所述溶剂选自水，本发明对水不做特别限定，可以使用去离子水、蒸馏水和双蒸水等。
[0034]本发明人发现，上述可溶性锌盐与可溶性锶盐在水中的溶解度较大，而且在碱性环境下易与溶液中的OH反应生成不溶性的氢氧化锌及氢氧化锶，它们在液相体系中以沉淀的形式析出，通过此种方法制得的氢氧化锌和氢氧化锶，不需要额外的人工操作即可获得混合得均匀而且充分的氢氧化锌及氢氧化锶混合物，从而极大地简化了操作步骤，降低了操作的难度。
[0035]在本发明步骤I中，调节体系pH所用的试剂为有机碱、无机碱及其水溶液，优选选自氢氧化钠、氢氧化钠水溶液、氢氧化钾、氢氧化钾水溶液、氨水等，更优选选自氢氧化钠或氢氧化钠水溶液。
[0036]在本发明步骤I中，对调节体系pH所用的有机碱或无机碱的水溶液的浓度不做特别限定，以能够使体系的pH快速而平稳地调整至目标pH为优选。如，使用氢氧化钠水溶液来调节体系pH时，优选氢氧化钠水溶液的浓度为3?10mol/L，更优选为5?8mol/L，如6mol/L 等。
[0037]在本发明中，使用上述有机碱、无机碱或其水溶液来调节体系的pH，既能使体系的PH快速的调整至目标pH，同时又避免加入时局部浓度过大而导致大量副反应的发生。
[0038]在本发明步骤I中，调节体系的pH至7.5?12，优选为8?11，更优选为9?10，如10。本发明人发现，将体系调节至上述pH时，所述可溶性锌盐与可溶性锶盐能够快速的形成大量沉淀，从而节约了反应时间。
[0039]在本发明步骤I中，可溶性锌盐与可溶性锶盐在上述碱性条件下能够与溶液中的OH反应而生成不溶性沉淀氢氧化锌和氢氧化锶，它们在溶液中稳定存在，因此，可以使用过滤的方法将其从反应体系中分离出来。
[0040]在本发明步骤I中，对分离的方法不做特别限定，可以使用现有技术中任意一种固液分离的方法，如常压过滤法，减压过滤法等，优选为减压过滤，一方面能够加快过滤速度，另一方面使滤得物更为纯净。
[0041]过滤得到的固体表面不可避免地残留母液中的可溶性杂质，因此，本发明在对固体进行分离后，再对分离得到的固体进行洗涤，本发明对固体进行洗涤的方法不做特别限定，可以使用现有技术中任意一种对分离得到的固体进行洗涤的方法，如在减压过滤的条件下用洗涤液淋洗等。
[0042]在本发明步骤I中，洗涤时所用的洗涤液选自去离子水、蒸馏水、双蒸水等，以除去分离得到固体表面可能残留的碱等杂质，由于氢氧化锌在水中的溶解度小，而氢氧化锶在水中具有较好的溶解度，因此，需要尽量缩短洗涤时间，防止氢氧化锶溶解于洗涤液中而造成损失。
[0043]在本发明步骤I中，对洗涤后所得的固体任选地进行干燥，以除去其中大部分的水分，以便在后续煅烧过程中能够充分反应，生成形貌良好的光催化剂。
[0044]在本发明步骤I中，还任选地对干燥后的固