一种黑色二氧化锆的制备方法及其在光催化中的应用

摘要

本发明公开了一种可见光条件下具有光催化性能的黑色氧化锆材料，其制备方法如下：将氧氯化锆与无水乙醇混合，配制成混合溶液；在常温下搅拌20～40min，然后加入蒸馏水，向上述溶液中加入浓盐酸，调节pH值，使pH值为1～1.5，升温至70～80℃，恒温搅拌，浓缩后，静置8～12h后得到溶胶；然后在N2保护下于400～650℃保温2～6h后，随炉冷却至室温，获得黑色二氧化锆材料。发明所提供的制备方法，工艺设备简单，操作可行性高。

权利要求

1.一种黑色二氧化锆的制备方法，其特征在于按如下步骤进行：将氧氯化锆与无水乙醇混合，配制成混合溶液；在常温下搅拌20～40min，然后加入蒸馏水，向上述溶液中加入浓盐酸，调节pH值，使pH值为1～1.5，升温至70～80℃，恒温搅拌，浓缩后，静置8～12h后得到溶胶；

然后在N2保护下于400～600℃保温4～6h后，随炉冷却至室温，获得黑色二氧化锆材料。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述氧氯化锆与无水乙醇的摩尔比为

0.0045～0.0181:1。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述蒸馏水的加入量与混合溶液体积的比为1～1.2:1。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的浓盐酸浓度为36～38％，加入量与混合溶液体积的比为1:0.02。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的浓缩终点为，浓缩至原混合液体积的1/3。

说明书

一种黑色二氧化锆的制备方法及其在光催化中的应用

技术领域

[0001] 本发明属于新材料领域，具体涉及一种黑色二氧化锆的制备方法及其在光催化中的应用。

背景技术

[0002] 氧化锆作为唯一一种同时具有酸性、碱性、氧化性和还原性的金属氧化物，其独有的特点和性质，使纳米氧化锆在催化领域中的催化剂、催化剂助剂、催化剂载体等方面都具有十分重要的科研价值与应用前景。

[0003] ZrO2兼具酸碱性、具有优良的离子交换性能及表面富集的氧缺位，是一种重要的2-
催化剂及催化剂载体，近年来对SO4 /ZrO2固体型超强酸催化剂的研究，进一步拓展了氧化锆在催化领域的应用介孔氧化锆因其大的比表面积、可调孔径及易修饰等优点有着较为广阔的应用前景，因此，介孔氧化锆的合成和应用研究受到了广泛的关注。

[0004] 王焕英等以氧氯化锆和氨水为原料，用正向化学沉淀和反向化学沉淀两种方法制备得到纳米级的球形氧化锆，平均粒20nm；Jagadish等用共沉淀法制备了Y2O3的氧化锆四方晶纳米粒子；Rao等则用碳纳米管为硬魔板合成出了氧化锆纳米管。而对于黑色氧化锆材料目前尚未报道。

发明内容

[0005] 发明目的：提供一种可见光条件下具有光催化性能的黑色氧化锆材料，克服氧化锆材料在可见光条件下低光催化性能的缺陷。

[0006] 技术方案：本发明提供了一种黑色二氧化锆的制备方法，步骤如下：

[0007] 将氧氯化锆与无水乙醇混合，配制成混合溶液；在常温下搅拌20～40min，然后加入蒸馏水，向上述溶液中加入浓盐酸，调节pH值，使pH值为1～1.5，升温至70～80℃，恒温搅拌，浓缩后，静置8～12h后得到溶胶；

[0008] 然后在N2保护下于400～650℃保温2～6h后，随炉冷却至室温，获得黑色二氧化锆材料。

[0009] 进一步的，所述氧氯化锆与无水乙醇的摩尔比为0.0045～0.0181:1。

[0010] 所述蒸馏水的加入量与混合溶液体积的比为1～1.2:1。优选1.2:1[0011] 所述的浓盐酸浓度为36～38％，加入量与混合溶液体积的比1:0.01～0.025。优选1:0.02

[0012] 所述的浓缩终点为，浓缩至原混合液体积的1/3。

[0013] 本发明还提供了黑色二氧化锆的在光催化领域中的应用，在太阳光的照射下，黑色氧化锆对10mg/L的亚甲基蓝溶液的降解效果比白色氧化锆材料好。

[0014] 有益效果：本发明制得的黑色氧化锆与白色氧化锆材料相比，黑色氧化锆的光催化性能更优。此外，本发明所提供的制备方法，工艺设备简单，操作可行性高。

附图说明

[0015] 图1为本发明制备的黑色氧化锆材料(550℃保温5h，实例4)和白色氧化锆的可见光催化降解亚甲基蓝对比图。具体实施方式：

[0016] 本发明制备黑色氧化锆材料的方法，具体包含以下步骤：

[0017] 步骤1)将5g氧氯化锆对应100ml～500ml无水乙醇配制成溶液；

[0018] 步骤2)将其放置在磁力搅拌器上常温搅拌30min，随后按每100ml的混合液对应100～200ml加入适量的蒸馏水，再常温搅拌15～30min；

[0019] 步骤3)接着向该混合液中加入3ml浓盐酸调节溶液的pH值，使溶液的pH＝1～1.5，随后升温至80℃，并在80℃恒温下搅拌至原混合液体积的1/3，搁置8～10h后得到溶胶，置于90～120℃恒温干燥箱内烘干，常温静置8～12h；

[0020] 步骤4)在500～650℃N2保护下保温4～6h后，随炉冷却至室温，获得黑色氧化锆材料。

[0021] 以下给出本发明的几个较佳实施方案：

[0022] 实施例1

[0023] 步骤1)将5g氧氯化锆对应100ml无水乙醇配制成溶液；

[0024] 步骤2)将其放置在磁力搅拌器上常温搅拌30min，随后向混合液中加入蒸馏水，其中蒸馏水和混合液体积比为1:3，常温搅拌20min；

[0025] 步骤3)接着向该混合液中加入3ml浓盐酸调节溶液的pH值，使溶液的pH＝1，随后升温至80℃，并在80℃恒温下搅拌至原混合液体积的1/3，搁置8h后得到溶胶，置于90℃恒温干燥箱内烘干，常温静置8h；

[0026] 步骤4)在400℃N2保护下保温2h后，随炉冷却至室温，获得黑色氧化锆材料。

[0027] 实施例2

[0028] 步骤1)将10g氧氯化锆对应200ml无水乙醇配制成溶液；

[0029] 步骤2)将其放置在磁力搅拌器上常温搅拌30min，随后向混合液中加入蒸馏水，其中蒸馏水和混合液体积比为1:2，常温搅拌20min；

[0030] 步骤3)接着向该混合液中加入3ml浓盐酸调节溶液的pH值，使溶液的pH＝1.5，随后升温至80℃，并在80℃恒温下搅拌至原混合液体积的1/3，搁置10h后得到溶胶，置于90℃恒温干燥箱内烘干，常温静置10h；

[0031] 步骤4)在650℃N2保护下保温6h后，随炉冷却至室温，获得黑色氧化锆材料。

[0032] 实施例3

[0033] 步骤1)将5g氧氯化锆对应150ml无水乙醇配制成溶液；

[0034] 步骤2)将其放置在磁力搅拌器上常温搅拌30min，随后向混合液中加入蒸馏水，其中蒸馏水和混合液体积比为1:1.5，常温搅拌20min；

[0035] 步骤3)接着向该混合液中加入3ml浓盐酸调节溶液的pH值，使溶液的pH＝1.5，随后升温至80℃，并在80℃恒温下搅拌至原混合液体积的1/3，搁置9h后得到溶胶，置于100℃恒温干燥箱内烘干，常温静置10h；

[0036] 步骤4)在500℃N2保护下保温5h后，随炉冷却至室温，获得黑色氧化锆材料。

[0037] 实施例4

[0038] 步骤1～3与实施例3相同。

[0039] 步骤4)在N2保护下于550℃保温5h后，随炉冷却至室温，获得黑色氧化锆材料，其光催化效果如图1所示。

[0040] 实施例5

[0041] 步骤1～3与实施例3相同。

[0042] 步骤4)在N2保护下于600℃保温5h后，随炉冷却至室温，获得黑色氧化锆材料。

[0043] 实施例6

[0044] 步骤1～3与实施例3相同。

[0045] 步骤4)在N2保护下于550℃保温2h后，随炉冷却至室温，获得黑色氧化锆材料。

[0046] 实施例7

[0047] 步骤1～3与实施例3相同。

[0048] 步骤4)在N2保护下于550℃保温5h后，随炉冷却至室温，获得黑色氧化锆材料。

[0049] 实施例8

[0050] 步骤1～3与实施例3相同。

[0051] 步骤4)在N2保护下于550℃保温6h后，随炉冷却至室温，获得黑色氧化锆材料。

[0052] 将上述实施例中制得的0.10g黑色二氧化锆材料和0.10g商用二氧化锆分别在可见光条件下催化降解浓度为10mg/L的亚甲基蓝溶液90mL。其结果如图1所示。从图中可知，黑色二氧化锆材料在可见光照射下70min对降解亚甲基蓝溶液有较好的效果，降解效率明显优于商用二氧化锆。