负载纳米ZnO麻纤维预氧丝光催化剂的制备方法

摘要

一种负载纳米ZnO麻纤维预氧丝光催化剂的制备方法，属于光催化剂技术领域。本发明以二水合醋酸锌、氢氧化钠、乙醇为原料制备出颗粒均匀、分散稳定的纳米ZnO溶胶，并且将其成功负载在苎麻纤维上，经过高温煅烧后制得负载纳米ZnO的麻纤维预氧丝光催化剂。本发明方法操作简单，制备出来的负载纳米ZnO麻纤维预氧丝光催化剂可将污染物降解为无毒的化合物。

说明书

技术领域

本发明涉及一种负载纳米ZnO麻纤维预氧丝光催化剂的制备方法，属于光催化剂技术领域。

背景技术

半导体光催化氧化技术具有能耗低、易操作、无二次污染等特点，在环境治理领域显示了广阔的应用前景。多相光催化反应所使用的半导体催化剂中，ZnO因其无毒、催化活性高、氧化能力强、稳定性好的优势应用最为广泛。纳米ZnO颗粒具有明显的表面效应和尺寸量子化效应，从而在光作用下表现出超常的氧化还原能力，使光催化效率大大提高。但普遍采用的纳米ZnO悬浮相光催化剂存在易失活、易凝聚和难回收等缺点，不适合流动体系，严重限制了这一体系在水处理方面的应用和发展。克服这一缺点的有效方法是制备负载型光催化剂，与悬浮ZnO体系相比，负载型ZnO体系液固分离较为容易，可回收并重复使用，因此更有可能应用于实际。对于纳米ZnO负载基体的选择，应该注意几个问题：首先，要避免所选择的基体对纳米ZnO功能的发挥无影响甚至起到阻碍作用，理想选择是可以对纳米ZnO的功能发挥起协同作用，促进其光催化过程的顺利进行；其次，所选择的基体本身具有良好的吸附性能，可以加快负载型光催化剂对污染物的吸附降解；最后，负载基体的选用应以不增加对环境的二次污染为标准，天然纤维是一种很好的选择。

在各种天然纤维中，麻类纤维价格低廉、可再生性好、分布广，还具有强力高、吸湿散湿快、吸附性能好、抑菌、防霉、防腐、防辐射、抗静电等特点，可称为高性能天然纤维，同时，麻纤维作为天然纤维对环境友好，无污染，可降解，应用前景广阔。苎麻纤维在国际上更被称为“中国草”，是重要的纺织纤维作物。目前，对纳米ZnO粉体的光催化性能研究已有很多文献报道，但负载型ZnO体系的研究还不多见，将纳米ZnO负载在麻纤维上的研究还未见报道。

发明内容

本发明的目的在于对环境友好且可生物降解的基础上赋予麻纤维一些优良的特殊性能，开发一种制作简便的负载纳米ZnO麻纤维预氧丝光催化剂的制备方法。

本发明采用苎麻纤维作为纳米ZnO的载体，既可以在光催化过程中对污染物进行部分吸附，自身又可以生物降解对环境不产生二次污染，从而实现了本发明的目的。

本发明的技术方案：一种负载纳米ZnO麻纤维预氧丝光催化剂的制备方法，制备步骤如下：

（1）按摩尔比20:15~20:20分别称取二水合醋酸锌和氢氧化钠；按1g二水合醋酸锌溶于10~100mL无水乙醇的比例溶解得到醋酸锌/乙醇溶液，0.2g氢氧化钠溶于10~100mL无水乙醇的比例溶解得到氢氧化钠/乙醇溶液；分别加热到30~60℃，在剧烈搅拌的条件下，将氢氧化钠/乙醇溶液匀速、缓慢、逐滴加入到醋酸锌/乙醇溶液中使其充分混合反应；氢氧化钠/乙醇溶液滴加完毕后继续搅拌至溶液冷却至室温即可得到分散稳定的纳米ZnO溶胶；

（2）对麻纤维进行碱处理，在质量浓度为2~5%的氢氧化钠溶液中60~80℃保温浸渍1~2h；

（3）将步骤（2）处理所得的麻纤维浸渍在制备好的纳米ZnO溶胶里，完全浸润后取出在60~100℃下烘干，再在马弗炉中缓慢升温至100~200℃下煅烧1~2小时，即得到负载纳米ZnO麻纤维预氧丝光催化剂。

所述麻纤维为苎麻纤维。

步骤（1）所述按摩尔比20:18~20:19分别称取分析纯的二水合醋酸锌和氢氧化钠。

步骤（1）所述氢氧化钠/乙醇溶液与醋酸锌/乙醇溶液的滴加、混合反应在35~45℃的温度条件下进行。

步骤（3）所述浸渍过纳米ZnO溶胶的麻纤维在70~80℃的温度条件下烘干。

步骤（3）所述烘干后的浸渍有纳米ZnO溶胶的麻纤维在在马弗炉中130~140℃下煅烧2小时。

所述麻纤维为苎麻纤维。

本发明的最佳方案：按摩尔比20:18即10:9分别称取分析纯的二水合醋酸锌和氢氧化钠，然后按1g二水合醋酸锌溶于100mL无水乙醇的比例溶解，按1g氢氧化钠溶于500mL无水乙醇的比例溶解，溶解后在40℃剧烈搅拌条件下，将氢氧化钠/乙醇溶液匀速、缓慢、逐滴加入到醋酸锌/乙醇溶液中使其充分混合反应，待氢氧化钠/乙醇溶液滴加完毕、继续搅拌至溶液冷却至室温即可得到分散稳定的纳米ZnO溶胶。将经过在质量分数为5%的氢氧化钠溶液中保温80℃浸渍1h进行碱处理的苎麻纤维浸渍在制备好的纳米ZnO溶胶里，一定时间后取出在80℃下烘干，再在马弗炉中缓慢升温至140℃下煅烧2小时，即得到负载纳米ZnO麻纤维预氧丝光催化剂。

本发明的有益效果：

（1）操作简单：采用简单的溶胶-凝胶技术。

（2）能得到颗粒较小的纳米ZnO溶胶，并将纳米ZnO成功负载在苎麻纤维上。

（3）制备出来的负载纳米ZnO麻纤维预氧丝光催化剂光催化活性高，可用于将污染物降解为无毒化合物。

附图说明

图1为mol(Zn²⁺): mol(Na⁺)=10:9时纳米ZnO粒径分布曲线。

图2为煅烧后负载纳米ZnO苎麻纤维扫描电镜图(2000倍)。

图3为煅烧后负载纳米ZnO苎麻纤维能谱分析图。

图4为负载纳米ZnO苎麻纤维预氧丝光催化剂光催化降解曲线，(a)试验样：亚甲基蓝溶液浓度：5mg/L，负载纳米ZnO麻纤维预氧丝光催化剂量：10g/L；(b)空白样。

具体实施方式

实施例1： 

按摩尔比20:15称取0.219g二水合醋酸锌及0.03g氢氧化钠，分别溶于各20ml无水乙醇溶液中溶解，溶解后在40℃剧烈搅拌条件下，将氢氧化钠/乙醇溶液匀速、缓慢、逐滴加入到醋酸锌/乙醇溶液中使其充分混合反应，待氢氧化钠/乙醇溶液滴加完毕、继续搅拌溶液冷却至室温即得到纳米ZnO溶胶。经纳米粒度分析仪测量所得纳米ZnO溶胶的平均粒径为100.1nm。

实施例2： 

按摩尔比20:16称取0.219g二水合醋酸锌和0.032g氢氧化钠，分别溶于各30ml无水乙醇溶液中溶解，溶解后在40℃剧烈搅拌条件下，将氢氧化钠/乙醇溶液匀速、缓慢、逐滴加入到醋酸锌/乙醇溶液中使其充分混合反应，待氢氧化钠/乙醇溶液滴加完毕、继续搅拌溶液冷却至室温即得到纳米ZnO溶胶。经纳米粒度分析仪测量所得纳米ZnO溶胶的平均粒径为99.6nm。

实施例3： 

按摩尔比20:17称取0.219g二水合醋酸锌和0.034g氢氧化钠，分别溶于各40ml无水乙醇溶液中溶解，溶解后在40℃剧烈搅拌条件下，将氢氧化钠/乙醇溶液匀速、缓慢、逐滴加入到醋酸锌/乙醇溶液中使其充分混合反应，待氢氧化钠/乙醇溶液滴加完毕、继续搅拌溶液冷却至室温即得到纳米ZnO溶胶。经纳米粒度分析仪测量所得纳米ZnO溶胶的平均粒径为80.1nm。

实施例4： 

按摩尔比20:18称取0.219g二水合醋酸锌和0.036g氢氧化钠，分别溶于各20ml无水乙醇溶液中溶解，溶解后在40℃剧烈搅拌条件下，将氢氧化钠/乙醇溶液匀速、缓慢、逐滴加入到醋酸锌/乙醇溶液中使其充分混合反应，待氢氧化钠/乙醇溶液滴加完毕、继续搅拌溶液冷却至室温即得到纳米ZnO溶胶。经纳米粒度分析仪测量所得纳米ZnO溶胶的平均粒径为56.3nm。见图1

实施例5： 

按摩尔比20:19称取0.219g二水合醋酸锌和0.038g氢氧化钠，分别溶于各50ml无水乙醇溶液中溶解，溶解后在40℃剧烈搅拌条件下，将氢氧化钠/乙醇溶液匀速、缓慢、逐滴加入到醋酸锌/乙醇溶液中使其充分混合反应，待氢氧化钠/乙醇溶液滴加完毕、继续搅拌溶液冷却至室温即得到纳米ZnO溶胶。经纳米粒度分析仪测量所得纳米ZnO溶胶的平均粒径为85.7nm。

实施例6： 

按摩尔比20:20称取0.219g二水合醋酸锌和0.04g氢氧化钠，分别溶于各60ml无水乙醇溶液中溶解，溶解后在40℃剧烈搅拌条件下，将氢氧化钠/乙醇溶液匀速、缓慢、逐滴加入到醋酸锌/乙醇溶液中使其充分混合反应，待氢氧化钠/乙醇溶液滴加完毕、继续搅拌溶液冷却至室温即得到纳米ZnO溶胶。经纳米粒度分析仪测量所得纳米ZnO溶胶的平均粒径为110.2nm。

实施例7： 

将苎麻纤维在质量分数为5%的氢氧化钠溶液中保温80℃浸渍1h进行碱处理，然后浸渍在Zn²⁺和Na⁺按摩尔比20:18即实施例4制得的纳米ZnO溶胶里，完全浸润后取出在80℃下烘干，再在马弗炉中缓慢升温至140℃下煅烧2小时，得到负载纳米ZnO麻纤维预氧丝光催化剂。见图2、3。

应用实施例1 在自制的光催化降解实验装置中进行光催化降解实验

配制5mg/L亚甲基蓝溶液，调节pH至9，加入由实施例7制得的负载纳米ZnO麻纤维预氧丝光催化剂10 g/L，充分搅拌，在黑暗中进行预吸附1小时，使达到吸附平衡。将溶液置于28W紫外灯照射下反应，光源距液面25cm，反应过程中持续鼓风、搅拌，间隔20min取样，取一定量的上清液用紫外可见分光光度计在亚甲基蓝最大吸收波长664nm处测其吸光度，再根据光照前后吸光度的变化，求其降解率。见图4。