[發(fā)明專(zhuān)利]一種ZnO/殼聚糖/高嶺土納米復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410674649.1
• 申請(qǐng)日: 2014-11-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104399437B
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-08-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李世遷;陳盛;林茂茲
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 福建師范大學(xué)福清分校
• 主分類(lèi)號(hào): B01J20/24
• 分類(lèi)號(hào): B01J20/24;B01J20/30;B01J31/26;C02F1/28;C02F1/30
• 代理公司: 福州元?jiǎng)?chuàng)專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學(xué)俊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于吸附光催化材料領(lǐng)域，具體涉及一種ZnO/殼聚糖/高嶺土納米復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

納米ZnO作為一種新型的光催化劑，具有明顯的表面效應(yīng)和尺寸量子化效應(yīng)，更被證實(shí)在某些實(shí)驗(yàn)條件下具有比TiO₂更高的催化性能，近年來(lái)引起人們的廣泛關(guān)注，而相較于TiO₂較高的制備成本，納米ZnO在污染物光催化去除方面也已顯示出更良好的應(yīng)用前景。殼聚糖是自然界中唯一的可再生堿性多糖、具有較好的成膜性、熱穩(wěn)定性和良好吸附性，故可用作催化劑載體。高嶺土是一種由Si-O四面體和Al-O八面體通過(guò)氧原子的共享交錯(cuò)堆積而成的，具有特殊層狀結(jié)構(gòu)，且價(jià)格低廉的黏土礦物材料。

基于半導(dǎo)體、殼聚糖和高嶺土優(yōu)良的性質(zhì)，針對(duì)單一光催化半導(dǎo)體催化效率低、可見(jiàn)光利用效率低、負(fù)載及分離回收困難等特點(diǎn)，本發(fā)明通過(guò)對(duì)納米ZnO進(jìn)行改性，并采用溶膠-凝膠法將半導(dǎo)體催化劑（ZnO）與殼聚糖和高嶺土復(fù)合制備成納米復(fù)合材料，既可提高ZnO應(yīng)用的可見(jiàn)光范圍，使在可見(jiàn)光下具有較高的光催化活性，又可利用殼聚糖良好的吸附性在滿(mǎn)足特定理化性能要求的條件下將ZnO均勻牢固地負(fù)載于載體上，以實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體的有機(jī)固載化，增加催化劑與有機(jī)污染物的充分接觸，提高其吸附性能及光催化作用的效率，推動(dòng)其在實(shí)際廢水處理中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種ZnO/殼聚糖/高嶺土納米復(fù)合材料及其制備方法，進(jìn)一步充實(shí)了納米ZnO的負(fù)載改性技術(shù)，并以低廉易得的高嶺土和結(jié)構(gòu)性能獨(dú)特的殼聚糖為載體，制備出ZnO/殼聚糖/高嶺土納米復(fù)合材料，可吸附和光催化降解去除水中染料等有機(jī)污染物，在實(shí)際廢水的處理中具有良好的應(yīng)用前景。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種ZnO/殼聚糖/高嶺土納米復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

1）將50~60?mL?0.1mol/L的二水合醋酸鋅水溶液和100mL體積百分?jǐn)?shù)為1%的醋酸水溶液混合，加入0.5g殼聚糖后于70~90℃攪拌反應(yīng)6~8小時(shí)，之后緩慢加入50mL濃度為1.6mol/L的NaOH溶液，邊加邊攪拌，待淡黃色粘稠溶液生成白色沉淀后，靜置24小時(shí)，抽濾，用無(wú)水乙醇和去離子水分別洗滌三次后，于60℃下干燥6h，得ZnO/殼聚糖復(fù)合材料；

2）取高嶺土粉碎，過(guò)200目篩，在200℃下進(jìn)行煅燒，得到活化的高嶺土，將其懸浮于水中，制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1-5%的高嶺土懸浮液，備用；

3）將1g?ZnO/殼聚糖復(fù)合材料加入到100mL高嶺土懸浮液中，攪拌12小時(shí)，室溫靜置12-15小時(shí)后離心，使固體沉淀從溶液中分離出來(lái)，再將沉淀分別用無(wú)水乙醇和去離子水洗滌后，于50℃下干燥8h，研磨均勻后得到所述納米復(fù)合材料。

所制得的ZnO/殼聚糖/高嶺土納米復(fù)合材料，能有效吸附和光催化降解去除水中染料等有機(jī)污染物，可用于廢水處理。

本發(fā)明在室溫下，經(jīng)氫氧化鈉溶液和二水合醋酸鋅反應(yīng)制得納米ZnO，其反應(yīng)過(guò)程中，首先在液相中形成ZnO晶核，然后經(jīng)聚集、重結(jié)晶、長(zhǎng)大，形成納米ZnO顆粒。在納米ZnO的成核過(guò)程中，氫氧化鈉溶液的濃度起到了關(guān)鍵作用。在室溫快速攪拌下，即使研磨過(guò)的相同配比的二水合醋酸鋅也無(wú)法充分溶解到殼聚糖溶液中，但加入一定量濃度為1.6mol/L的NaOH后，二水合醋酸鋅可很快與NaOH溶液發(fā)生反應(yīng)，使淡黃色粘稠溶液變成白色沉淀，停止攪拌后靜置一段時(shí)間可發(fā)現(xiàn)溶液中分布著小液滴，判斷正是這些由適當(dāng)濃度NaOH溶液在水溶液中形成的小液滴為ZnO晶粒的形核、結(jié)晶和生長(zhǎng)提供了場(chǎng)所，從而得到ZnO/殼聚糖復(fù)合材料。

殼聚糖的加入提高了溶液的黏度，同時(shí)，當(dāng)納米ZnO顆粒分散到殼聚糖水溶液中，由于物理和化學(xué)吸附作用，納米ZnO顆粒滲入殼聚糖高分子鏈中，使其結(jié)晶生長(zhǎng)速度放慢，有充分時(shí)間生成很多晶核，避免形成不規(guī)則的團(tuán)聚顆粒。而ZnO/殼聚糖作為新的成核中心插入到具有二維空間結(jié)構(gòu)的層狀高嶺土的層間域，負(fù)載后由于降低了反應(yīng)體系能量，有利于ZnO顆粒逐漸長(zhǎng)大。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果：

1.?本發(fā)明制備了ZnO、殼聚糖、高嶺土的三元納米復(fù)合光催化劑；該納米復(fù)合材料結(jié)晶性好、純度高，平均粒徑為68.16nm。同時(shí)，可提高ZnO光催化性能，實(shí)現(xiàn)納米ZnO微粒負(fù)載，解決了其在應(yīng)用過(guò)程中分離回收困難的問(wèn)題。

2.?本發(fā)明制備原料大部分來(lái)源豐富，價(jià)格低廉；殼聚糖雖價(jià)格較貴，但添加量少，對(duì)總體成本影響不大。

3.?本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件溫和，工藝參數(shù)易控制。