一种印迹ZnO磁性复合光催化纳米反应器及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种印迹ZnO磁性复合光催化纳米反应器及其制备方法，按照下述步骤进行：步骤1：磁性指环型Fe3O4的制备；步骤2：磁性碳材料的制备；步骤3：印迹ZnO磁性复合光催化纳米反应器的制备。本发明专利技术制备的印迹ZnO磁性复合光催化纳米反应器对光催化降解甲磺酸达诺沙星具有很高的专一识别和选择性去除能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于环境材料制备
，具体涉及一种印迹ZnO磁性复合光催化纳米反应器及其制备方法，以及选择性光催化降解甲磺酸达诺沙星的研究。
技术介绍
ZnO作为典型的n型宽禁带半导体，具有生产成本低、光电性能独特等优点，是一种高效的半导体光催化材料，已经被国内外学者进行了深入地研究。但从实际应用出发，普通ZnO回收难，再次利用率低，不能从众多污染物中选择性去除特定目标物，这些缺点极大地限制了ZnO的应用和发展。针对上述回收难，再次利用率低等问题，我们引入了磁性材料。Fe3O4作为典型的磁性材料，具有较好的磁性和可控的形貌，还具有较高的稳定性，此外，Fe3O4能够传导电子，可以提高ZnO无机印迹光催化剂的光生电子和光致空穴的分离效率。因此，我们首先合成了指环型Fe3O4并以其为载体。但在某些情况下，Fe3O4可能会发生磁漏现象，因此，为了防止磁漏，抑制掉落和团聚，且使ZnO能更加均一地生长在外表面，碳层(C)被引入在指环型Fe3O4和ZnO半导体层之间，碳也可以传导电子，其引入不会阻碍光生电子和光致空穴的分离。针对普通ZnO不能从众多污染物中选择性去除特定目标物的难题，我们引入了新型印迹技术。新型印迹技术是以表面印迹技术为基础，总结了普通印迹光催化剂因为印迹层的覆盖，导致光催化材料活性降低的问题，将溶胶-凝胶法与表面印迹技术相结合来制备新型印迹ZnO磁性复合光催化纳米反应器，使该ZnO半导体层具有可以选择性识别的印迹孔穴，也就是使该ZnO半导体层同时具备印迹层的功能。因此，专利技术人首先制备了指环型Fe3O4并以其为载体，再通过葡萄糖的煅烧在磁性指环型Fe3O4的表面包覆了碳层，最后通过溶胶-凝胶法结合新型印迹技术，制备出印迹ZnO磁性复合光催化纳米反应器。该光催化纳米反应器不仅具有良好磁分离特性，还具有较高光催化活性，同时还能从众多污染物中选择性去除甲磺酸达诺沙星。
技术实现思路
本专利技术以水热法和溶胶-凝胶法为制备手段，再结合印迹技术，制备出一种印迹ZnO磁性复合光催化纳米反应器。其优点在于构建既具有较高光催化活性，又具有较好选择性，同时具有良好磁分离特性的光催化纳米反应器。本专利技术采用的技术方案是：一种印迹ZnO磁性复合光催化纳米反应器，所述的光催化纳米反应器由纳米级指环型Fe3O4、碳层以及可选择性识别甲磺酸达诺沙星的印迹ZnO层复合而成；所述碳层包覆在纳米级指环型Fe3O4的外表面，所述可选择性识别甲磺酸达诺沙星的印迹ZnO层包覆在碳层的外表面；将0.02g该印迹ZnO磁性复合光催化纳米反应器用于100mL 20mg/L的甲磺酸达诺沙星溶液的模拟太阳光光催化降解，在2h内降解率达到了80.37％。一种印迹ZnO磁性复合光催化纳米反应器的制备方法，按照下述步骤进行：步骤1：磁性指环型Fe3O4的制备：向反应釜中加入蒸馏水，再向其中加入磷酸氢二钠、氯化铁和硫酸钠，超声搅拌至完全溶解，将反应釜放入烘箱中进行恒温热反应，反应后取出反应釜并冷却至室温，洗涤产物后再将其放入真空烘箱中，烘干后再转移至管式炉中，在H2与惰性气体的混合气体氛围下，煅烧完毕后既得到磁性指环型Fe3O4，备用；步骤2：磁性碳材料的制备：将硝酸加入到反应釜中，再向其中加入磁性指环型Fe3O4，超声搅拌后，再加入葡萄糖溶液并将反应釜放入烘箱中进行恒温热反应，反应后取出反应釜并冷却至室温，洗涤产物后再将产物放入真空烘箱中，烘干后既得到磁性碳材料，备用；步骤3：ZnO磁性复合光催化纳米反应器的制备：配制溶液A：将甲磺酸达诺沙星、醋酸锌、磁性碳材料和无水乙醇加入到三口烧瓶中，剧烈搅拌至沸腾，待用；配制溶液B：将氢氧化锂和无水乙醇加入到烧杯中并超声搅拌至完全溶解，待用；将配制的溶液B逐滴加入到配制的溶液A中，得到混合液C，进行恒温反应后，取出产物并洗涤，再将产物放入真空烘箱中，烘干后产物记为未洗脱的ZnO磁性复合材料；然后向未洗脱的ZnO磁性复合材料中加入蒸馏水，并将其转移至光催化反应器中，通入空气，在恒温条件下，磁力搅拌，用光照射后洗涤，再将反应产物放入真空烘箱中，烘干后既得到印迹ZnO磁性复合光催化纳米反应器。步骤1中，蒸馏水、磷酸氢二钠、氯化铁和硫酸钠的用量比为70mL：0.00325g：0.216g：0.004g。步骤1中，所述反应釜在烘箱中恒温热反应的温度为473K，反应时间为48h；产物在管式炉中的温度为623K，煅烧时间为1h，升温速率为5K/min，所述H2与惰性气体的混合气体为10％氢气和90％氩气。步骤2中，硝酸、磁性指环型Fe3O4和葡萄糖溶液的用量比为10mL：0.1g：60mL，硝酸的浓度为0.1mol/L，葡萄糖溶液的浓度0.5mol/L；所述超声搅拌的时间为0.5h；反应釜在烘箱中恒温热反应的温度为453K，反应时间为6h。步骤3中，在配制溶液A时，甲磺酸达诺沙星、醋酸锌、磁性碳材料和无水乙醇的用量比为0.05g：0.33g：0.35g：50mL；所述剧烈搅拌的反应温度为353K。步骤3中，在配制溶液B时，氢氧化锂和无水乙醇的用量为0.03g：50mL。步骤3中，制备混合液C时，所使用的溶液A和溶液B的体积比为1：1。步骤3中，所述的恒温反应的温度为353K，反应时间为5.5h；所述的向未洗脱的ZnO磁性复合材料中加入的蒸馏水与所述混合液C中的无水乙醇的体积比为2：1；光催化反应器的光为模拟太阳光，向光反应器中通入空气的流速为2mL/min，反应器中温度为303K，磁力搅拌转速为600rpm/min，光照射时间为2h。步骤1～3中，真空干燥的温度均为313K，烘干时间均为12h。此外，该印迹ZnO磁性复合光催化纳米反应器还拥有较好的选择性识别/光催化降解能力。本专利技术的技术优点：(1)印迹ZnO磁性复合光催化纳米反应器的磁分离特性使得样品的分离回收更加便捷，高效。(2)本专利技术制备的印迹ZnO磁性复合光催化纳米反应器对光催化降解甲磺酸达诺沙星具有很高的专一识别和选择性去除能力。(3)传统印迹层的覆盖导致了光催化活性的降低，而在该专利技术中，采用印迹技术，将溶胶-凝胶法与表面印迹技术相结合来制备印迹ZnO磁性复合光催化纳米反应器，使该ZnO半导体层具有可以选择性识别的印迹孔穴，也就是使该ZnO半导体层同时具备印迹层的功能，这一方法可以有效地避免因传统印迹层的覆盖导致光催化活性降低的问题，使得所制备的印迹ZnO磁性复合光催化纳米反应器不仅具有良好的选择性去除能力，而且还有较高的光催化活性。附图说明图1中，图A为不同样品的XRD谱图，中图B为印迹ZnO磁性复合光催化纳米反应器的Fe 2p XPS谱图，图C为印迹ZnO磁性复合光催化纳米反应器的Zn 2p XPS谱图，图D为印迹ZnO磁性复合光催化纳米反应器的C 1s XPS谱图，图E为印迹ZnO磁性复合光催化纳米反应器的O 1s XPS谱图；其中，图A中的曲线a为指环型Fe3O4，曲线b为磁性碳材料，曲线c为印迹ZnO磁性复合光催化纳米反应器；图2中，a为指环型Fe3O4的TEM图，b为磁性碳材料的TEM图，c为印迹ZnO磁性复合光催化纳米反应器的TEM图，d为印迹ZnO磁性复合光催化纳米反应器的HRTEM图，e为未洗脱的ZnO磁性复合材料的HADDF-STEM图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种印迹ZnO磁性复合光催化纳米反应器，其特征在于，所述的光催化纳米反应器由纳米级指环型Fe3O4、碳层以及可选择性识别甲磺酸达诺沙星的印迹ZnO层复合而成；所述碳层包覆在纳米级指环型Fe3O4的外表面，所述可选择性识别甲磺酸达诺沙星的印迹ZnO层包覆在碳层的外表面；将0.02g该印迹ZnO磁性复合光催化纳米反应器用于100mL 20mg/L的甲磺酸达诺沙星溶液的模拟太阳光光催化降解，在2h内降解率达到了80.37％。

【技术特征摘要】
1.一种印迹ZnO磁性复合光催化纳米反应器，其特征在于，所述的光催化纳米反应器由纳米级指环型Fe3O4、碳层以及可选择性识别甲磺酸达诺沙星的印迹ZnO层复合而成；所述碳层包覆在纳米级指环型Fe3O4的外表面，所述可选择性识别甲磺酸达诺沙星的印迹ZnO层包覆在碳层的外表面；将0.02g该印迹ZnO磁性复合光催化纳米反应器用于100mL 20mg/L的甲磺酸达诺沙星溶液的模拟太阳光光催化降解，在2h内降解率达到了80.37％。2.一种权利要求1所述的印迹ZnO磁性复合光催化纳米反应器的制备方法，其特征在于，按照下述步骤进行：步骤1：磁性指环型Fe3O4的制备：向反应釜中加入蒸馏水，再向其中加入磷酸氢二钠、氯化铁和硫酸钠，超声搅拌至完全溶解，将反应釜放入烘箱中进行恒温热反应，反应后取出反应釜并冷却至室温，洗涤产物后再将其放入真空烘箱中，烘干后再转移至管式炉中，在H2与惰性气体的混合气体氛围下，煅烧完毕后既得到磁性指环型Fe3O4，备用；步骤2：磁性碳材料的制备：将硝酸加入到反应釜中，再向其中加入磁性指环型Fe3O4，超声搅拌后，再加入葡萄糖溶液并将反应釜放入烘箱中进行恒温热反应，反应后取出反应釜并冷却至室温，洗涤产物后再将产物放入真空烘箱中，烘干后既得到磁性碳材料，备用；步骤3：印迹ZnO磁性复合光催化纳米反应器的制备：配制溶液A：将甲磺酸达诺沙星、醋酸锌、磁性碳材料和无水乙醇加入到三口烧瓶中，剧烈搅拌至沸腾，待用；配制溶液B：将氢氧化锂和无水乙醇加入到烧杯中并超声搅拌至完全溶解，待用；将配制的溶液B逐滴加入到配制的溶液A中，得到混合液C，进行恒温反应后，取出产物并洗涤，再将产物放入真空烘箱中，烘干后产物记为未洗脱的ZnO磁性复合材料；然后向未洗脱的ZnO磁性复合材料中加入蒸馏水，并将其转移至光催化反应器中，通入空气，在恒温条件下，磁力搅拌，用光照射后洗涤，再将反应产物放入真空烘箱中，烘干后既得到印迹ZnO磁性复合光催化纳米反应器。3.根据权利要求2所述的一种印迹ZnO磁性复合光催化纳米反应器的制备方法，其特征在于，步骤1中，蒸馏水、磷酸氢二钠、氯化铁和硫酸钠...

【专利技术属性】
技术研发人员：逯子扬，康溯，朱志，宋旼珊，赵晓旭，王友山，高乃玲，闫永胜，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32