[0021] 实施例1
[0022] (1)ZnO的制备,强磁力搅拌下,在50mL三口烧瓶中加入25mL一缩二乙二醇,然后加入5mmol二水醋酸锌和0.5mL去离子水,搅拌10min,待二水醋酸锌完全溶解后,再向该三口烧瓶中加入0.5mmol苯胺功能单体A(具体化合物如说明书中所示),搅拌待其完全溶解后,缓慢升温至180℃(升温速率为4℃/min),保温30min,保温结束后,自然冷却至室温25℃,离心分离,粗产品分别用无水乙醇、去离子水各洗涤3次,40℃真空干燥得到ZnO(TEM图如附图1所示),备用;
[0023] (2)氧化锌-聚苯胺复合光催化剂的制备,将1.0g步骤(1)中得到的ZnO均匀分散在80mL的1mol/L HCl水溶液中,得到ZnO悬浮液,在强磁力搅拌条件下,将一定量的苯胺单体缓慢滴加到ZnO悬浮液中(苯胺单体与ZnO的质量比为1:60),0℃下搅拌0.5h,然后将10mL溶解在1mol/L HCl水溶液中的过硫酸铵(苯胺单体与过硫酸铵摩尔比为1:1)的溶液在0.5h内滴加到上述混合液中,搅拌条件下继续反应3h,收集固体沉淀,分别用去离子水、无水乙醇各洗涤3次后,40℃真空干燥,即得氧化锌-聚苯胺复合光催化剂。
[0024] 比较例1
[0025] (1)ZnO的制备,强磁力搅拌下,在50mL三口烧瓶中加入25mL一缩二乙二醇,然后加入5mmol二水醋酸锌和0.5mL去离子水,搅拌10min,待二水醋酸锌完全溶解后,再向该三口烧瓶中加入0.5mmol叔丁基膦酸,搅拌待其完全溶解后,缓慢升温至180℃(升温速率为4℃/min),保温30min,保温结束后,自然冷却至室温25℃,离心分离,粗产品分别用无水乙醇、去离子水各洗涤3次,40℃真空干燥得到ZnO,备用;
[0026] (2)氧化锌-聚苯胺复合光催化剂的制备,将1.0g步骤(1)中得到的ZnO均匀分散在80mL的1mol/L HCl水溶液中,得到ZnO悬浮液,在强磁力搅拌条件下,将一定量的苯胺单体缓慢滴加到ZnO悬浮液中(苯胺单体与ZnO的质量比为1:60),0℃下搅拌0.5h,然后将10mL溶解在1mol/L HCl水溶液中的过硫酸铵(苯胺单体与过硫酸铵摩尔比为1:1)的溶液在0.5h内滴加到上述混合液中,搅拌条件下继续反应3h,收集固体沉淀,分别用去离子水、无水乙醇各洗涤3次后,40℃真空干燥,即得氧化锌-聚苯胺复合光催化剂。
[0027] 实施例2
[0028] (1)ZnO的制备,强磁力搅拌下,在50mL三口烧瓶中加入25mL二缩三乙二醇,然后加入10mmol二水醋酸锌和1.5mL去离子水,搅拌15min,待二水醋酸锌完全溶解后,再向该三口烧瓶中加入0.8mmol苯胺功能单体B(具体化合物如说明书中所示),搅拌待其完全溶解后,缓慢升温至200℃(升温速率为4℃/min),保温60min,保温结束后,自然冷却至室温25℃,离心分离,粗产品分别用无水乙醇、去离子水各洗涤3次,50℃真空干燥得到ZnO,备用;
[0029] (2)氧化锌-聚苯胺复合光催化剂的制备,将1.0g步骤(1)中得到的ZnO均匀分散在80mL的1mol/L HCl水溶液中,得到ZnO悬浮液,在强磁力搅拌条件下,将一定量的苯胺单体缓慢滴加到ZnO悬浮液中(苯胺单体与ZnO的质量比为1:100),5℃下搅拌1h,然后将10mL溶解在1mol/L HCl水溶液中的过硫酸铵(苯胺单体与过硫酸铵摩尔比为1:1.2)的溶液在1h内滴加到上述混合液中,搅拌条件下继续反应5h,收集固体沉淀,分别用去离子水、无水乙醇各洗涤3次后,50℃真空干燥,即得氧化锌-聚苯胺复合光催化剂。
[0030] 比较例2
[0031] (1)ZnO的制备,强磁力搅拌下,在50mL三口烧瓶中加入25mL二缩三乙二醇,然后加入10mmol二水醋酸锌和1.5mL去离子水,搅拌15min,待二水醋酸锌完全溶解后,再向该三口烧瓶中加入0.8mmol三辛基氧化膦,搅拌待其完全溶解后,缓慢升温至200℃(升温速率为4℃/min),保温60min,保温结束后,自然冷却至室温25℃,离心分离,粗产品分别用无水乙醇、去离子水各洗涤3次,50℃真空干燥得到ZnO,备用;
[0032] (2)氧化锌-聚苯胺复合光催化剂的制备,将1.0g步骤(1)中得到的ZnO均匀分散在80mL的1mol/L HCl水溶液中,得到ZnO悬浮液,在强磁力搅拌条件下,将一定量的苯胺单体缓慢滴加到ZnO悬浮液中(苯胺单体与ZnO的质量比为1:100),5℃下搅拌1h,然后将10mL溶解在1mol/L HCl水溶液中的过硫酸铵(苯胺单体与过硫酸铵摩尔比为1:1.2)的溶液在1h内滴加到上述混合液中,搅拌条件下继续反应5h,收集固体沉淀,分别用去离子水、无水乙醇各洗涤3次后,50℃真空干燥,即得氧化锌-聚苯胺复合光催化剂。
[0033] 实施例3
[0034] (1)ZnO的制备,强磁力搅拌下,在50mL三口烧瓶中加入25mL甘油,然后加入8mmol二水醋酸锌和1.0mL去离子水,搅拌12min,待二水醋酸锌完全溶解后,再向该三口烧瓶中加入0.6mmol苯胺功能单体C(具体化合物如说明书中所示),搅拌待其完全溶解后,缓慢升温至190℃(升温速率为4℃/min),保温45min,保温结束后,自然冷却至室温25℃,离心分离,粗产品分别用无水乙醇、去离子水各洗涤3次,45℃真空干燥得到ZnO,备用;
[0035] (2)氧化锌-聚苯胺复合光催化剂的制备,将1.0g步骤(1)中得到的ZnO均匀分散在80mL的1mol/L HCl水溶液中,得到ZnO悬浮液,在强磁力搅拌条件下,将一定量的苯胺单体缓慢滴加到ZnO悬浮液中(苯胺单体与ZnO的质量比为1:80),2℃下搅拌45min,然后将10mL溶解在1mol/L HCl水溶液中的过硫酸铵(苯胺单体与过硫酸铵摩尔比为1:1.1)的溶液在
45min内滴加到上述混合液中,搅拌条件下继续反应4h,收集固体沉淀,分别用去离子水、无水乙醇各洗涤3次后,45℃真空干燥,即得氧化锌-聚苯胺复合光催化剂。
[0036] 比较例3-1
[0037] (1)ZnO的制备,强磁力搅拌下,在50mL三口烧瓶中加入25mL甘油,然后加入8mmol二水醋酸锌和1.0mL去离子水,搅拌12min,待二水醋酸锌完全溶解后,再向该三口烧瓶中加入0.6mmol聚乙烯吡咯烷酮,搅拌待其完全溶解后,缓慢升温至190℃(升温速率为4℃/min),保温45min,保温结束后,自然冷却至室温25℃,离心分离,粗产品分别用无水乙醇、去离子水各洗涤3次,45℃真空干燥得到ZnO,备用;
[0038] (2)氧化锌-聚苯胺复合光催化剂的制备,将1.0g步骤(1)中得到的ZnO均匀分散在80mL的1mol/L HCl水溶液中,得到ZnO悬浮液,在强磁力搅拌条件下,将一定量的苯胺单体缓慢滴加到ZnO悬浮液中(苯胺单体与ZnO的质量比为1:80),2℃下搅拌45min,然后将10mL溶解在1mol/L HCl水溶液中的过硫酸铵(苯胺单体与过硫酸铵摩尔比为1:1.1)的溶液在
45min内滴加到上述混合液中,搅拌条件下继续反应4h,收集固体沉淀,分别用去离子水、无水乙醇各洗涤3次后,45℃真空干燥,即得氧化锌-聚苯胺复合光催化剂。
[0039] 比较例3-2
[0040] (1)ZnO的制备,强磁力搅拌下,在50mL三口烧瓶中加入25mL甘油,然后加入8mmol二水醋酸锌和1.0mL去离子水,搅拌12min,待二水醋酸锌完全溶解后,再向该三口烧瓶中加入0.6mmol聚乙烯吡咯烷酮,搅拌待其完全溶解后,缓慢升温至190℃(升温速率为4℃/min),保温45min,保温结束后,自然冷却至室温25℃,离心分离,粗产品分别用无水乙醇、去离子水各洗涤3次,45℃真空干燥得到ZnO,备用;
[0041] (2)ZnO的硅烷偶联剂改性,将步骤(1)中得到的ZnO均匀分散50mL无水乙醇中,超声处理30min,滴加5%(以ZnO质量计)的硅烷偶联剂KH-550,搅拌条件下,在80℃(pH=9.0)反应6h,室温(25℃)静止24h,用异丙醇洗涤多次并抽滤,在80℃真空干燥24h备用;
[0042] (3)氧化锌-聚苯胺复合光催化剂的制备,将1.0g步骤(2)中得到的改性ZnO均匀分散在80mL的1mol/L HCl水溶液中,得到改性ZnO悬浮液,在强磁力搅拌条件下,将一定量的苯胺单体缓慢滴加到改性ZnO悬浮液中(苯胺单体与改性ZnO的质量比为1:80),2℃下搅拌45min,然后将10mL溶解在1mol/L HCl水溶液中的过硫酸铵(苯胺单体与过硫酸铵摩尔比为
1:1.1)的溶液在45min内滴加到上述混合液中,搅拌条件下继续反应4h,收集固体沉淀,分别用去离子水、无水乙醇各洗涤3次后,45℃真空干燥,即得氧化锌-聚苯胺复合光催化剂。
[0043] 实施例4
[0044] (1)ZnO的制备,强磁力搅拌下,在50mL三口烧瓶中加入25mL十六胺,然后加入6mmol二水醋酸锌和0.8mL去离子水,搅拌10min,待二水醋酸锌完全溶解后,再向该三口烧瓶中加入0.7mmol苯胺功能单体D(具体化合物如说明书中所示),搅拌待其完全溶解后,缓慢升温至185℃(升温速率为4℃/min),保温50min,保温结束后,自然冷却至室温25℃,离心分离,粗产品分别用无水乙醇、去离子水各洗涤3次,40℃真空干燥得到ZnO,备用;
[0045] (2)氧化锌-聚苯胺复合光催化剂的制备,将1.0g步骤(1)中得到的ZnO均匀分散在80mL的1mol/L HCl水溶液中,得到ZnO悬浮液,在强磁力搅拌条件下,将一定量的苯胺单体缓慢滴加到ZnO悬浮液中(苯胺单体与ZnO的质量比为1:70),3℃下搅拌50min,然后将10mL溶解在1mol/L HCl水溶液中的过硫酸铵(苯胺单体与过硫酸铵摩尔比为1:1.05)的溶液在
50min内滴加到上述混合液中,搅拌条件下继续反应4.5h,收集固体沉淀,分别用去离子水、无水乙醇各洗涤3次后,40℃真空干燥,即得氧化锌-聚苯胺复合光催化剂。
[0046] 比较例4-1
[0047] (1)ZnO的制备,强磁力搅拌下,在50mL三口烧瓶中加入25mL十六胺,然后加入6mmol二水醋酸锌和0.8mL去离子水,搅拌10min,待二水醋酸锌完全溶解后,再向该三口烧瓶中加入0.7mmol十四烷基膦酸,搅拌待其完全溶解后,缓慢升温至185℃(升温速率为4℃/min),保温50min,保温结束后,自然冷却至室温25℃,离心分离,粗产品分别用无水乙醇、去离子水各洗涤3次,40℃真空干燥得到ZnO,备用;
[0048] (2)氧化锌-聚苯胺复合光催化剂的制备,将1.0g步骤(1)中得到的ZnO均匀分散在80mL的1mol/L HCl水溶液中,得到ZnO悬浮液,在强磁力搅拌条件下,将一定量的苯胺单体缓慢滴加到ZnO悬浮液中(苯胺单体与ZnO的质量比为1:70),3℃下搅拌50min,然后将10mL溶解在1mol/L HCl水溶液中的过硫酸铵(苯胺单体与过硫酸铵摩尔比为1:1.05)的溶液在
50min内滴加到上述混合液中,搅拌条件下继续反应4.5h,收集固体沉淀,分别用去离子水、无水乙醇各洗涤3次后,40℃真空干燥,即得氧化锌-聚苯胺复合光催化剂。
[0049] 比较例4-2
[0050] (1)ZnO的制备,强磁力搅拌下,在50mL三口烧瓶中加入25mL十六胺,然后加入6mmol二水醋酸锌和0.8mL去离子水,搅拌10min,待二水醋酸锌完全溶解后,再向该三口烧瓶中加入0.7mmol十四烷基膦酸,搅拌待其完全溶解后,缓慢升温至185℃(升温速率为4℃/min),保温50min,保温结束后,自然冷却至室温25℃,离心分离,粗产品分别用无水乙醇、去离子水各洗涤3次,40℃真空干燥得到ZnO,备用;
[0051] (2)ZnO的硅烷偶联剂改性,将步骤(1)中得到的ZnO均匀分散50mL无水乙醇中,超声处理30min,滴加5%(以ZnO质量计)的硅烷偶联剂KH-570,搅拌条件下,在80℃(pH=9.0)反应6h,室温(25℃)静止24h,用异丙醇洗涤多次并抽滤,在80℃真空干燥24h备用;
[0052] (3)氧化锌-聚苯胺复合光催化剂的制备,将1.0g步骤(2)中得到的改性ZnO均匀分散在80mL的1mol/L HCl水溶液中,得到改性ZnO悬浮液,在强磁力搅拌条件下,将一定量的苯胺单体缓慢滴加到改性ZnO悬浮液中(苯胺单体与改性ZnO的质量比为1:70),3℃下搅拌50min,然后将10mL溶解在1mol/L HCl水溶液中的过硫酸铵(苯胺单体与过硫酸铵摩尔比为
1:1.05)的溶液在50min内滴加到上述混合液中,搅拌条件下继续反应4.5h,收集固体沉淀,分别用去离子水、无水乙醇各洗涤3次后,40℃真空干燥,即得氧化锌-聚苯胺复合光催化剂。
[0053] 实施例5
[0054] 光催化性能评价:分别称取50mg实施例1~4及比较例1~4中制备的复合光催化剂加入到80mL浓度为50mg/L的染料(亚甲基蓝、弱酸性艳红B)溶液中,将溶液置于暗处搅拌2h,待吸附平衡后,UV光(功率15W,波长365nm)照射,光源距离液面距离为10cm,光照2h后,取5mL反应悬浊液,高速(10000r/min)离心分离后取上层清液,用722s可见分光光度计在λmax下测定溶液的吸光度,从而推算出光照后溶液中残留的染料浓度。按下式计算降解率:
[0055]
[0056] 式中:η为降解率;C0为光降解前,染料溶液的浓度;Ct为光照t时刻后,染料溶液的浓度。
[0057] 表1样品对染料的光催化降解性能
[0058] 降解率/%(亚甲基蓝) 降解率/%(弱酸性艳红B)
实施例1 91.7% 88.9%
比较例1 88.6% 76.5%
实施例2 95.2% 92.3%
比较例2 92.3% 81.3%
实施例3 98.5% 94.6%
比较例3-1 95.4% 84.6%
比较例3-2 92.3% 81.5%
实施例4 96.4% 93.5%
比较例4-1 93.9% 82.1%
比较例4-2 90.4% 79.7%
[0059] 从上表实验数据可看出,比较例1-4所得的样品是由传统方法制得,在ZnO与导电聚合物之间存在绝缘的表面活性剂层或硅烷偶联剂层,这阻碍了光生电荷在ZnO与导电聚合物间的传递,导致材料光催化活性降低。因为亚甲基蓝在紫外光照射下,容易光降解,因此,其降解率普遍比弱酸性艳红B高。采用本发明方法制得的氧化锌-聚苯胺复合材料,随着复合材料中聚苯胺量的增加,材料的光催化活性先增加后减小,这是由于聚苯胺对阴离子染料弱酸性艳红B具有较好的吸附性能,有利于染料污染物在光催化材料表面的富集;同时,具有共轭结构的聚苯胺有利于光生电子-空穴对的分离,从而使复合材料的光催化活性随聚苯胺的质量增加逐渐增大。但当复合材料中聚苯胺的量过大时,会使最终附着在ZnO表面的聚苯胺层过厚,影响透入到ZnO表面的紫外光强度,从而导致复合材料的光催化活性降低。