一種基于纖維素納米球晶為模板的花簇狀氧化鋅雜化材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及納米花簇狀氧化鋅雜化材料的制備方法，具體涉及一種基于纖維素納米球晶為模板的花簇狀氧化鋅雜化材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氧化鋅是一種具有寬禁帶的半導(dǎo)體材料，其塊狀材料被廣泛應(yīng)用于發(fā)光二極管、傳感器、探測(cè)器等光電子和光儲(chǔ)存領(lǐng)域。作為一種新型的II?IV族材料，具有很高的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能和化學(xué)穩(wěn)定性以及良好的紫外吸收能力。迄今為止，已經(jīng)有多種化學(xué)、物理以及電化學(xué)等制備方法，其中物理法是以粉碎法和物理氣相沉積法為主，而化學(xué)法是制備納米材料最重要的方法，幾乎可以制備所有種類的納米微粒，通過(guò)控制反應(yīng)條件，可以得到不同形貌和尺寸的納米微粒，以水熱法、氣相沉積法、熱蒸發(fā)法等為主。電化學(xué)法則是主要以分子束外延、激光沉積法、濺射法等。
[0003]其中，以分子束外延為例，電化學(xué)法普遍成本太高，且不適合大規(guī)模生產(chǎn)的要求；而采用普通物理法制備的納米氧化鋅，其顆粒尺寸相差太大，且無(wú)均一形貌，在各項(xiàng)性能方面有所欠缺；化學(xué)氣相沉積法是相對(duì)較好的方法，但是在納米結(jié)構(gòu)的可控性方面還需要改進(jìn)；熱蒸發(fā)法的成本相對(duì)低廉，具有易于操作以及能夠制備出多種形貌等優(yōu)點(diǎn)，因此是制備氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的主要方法之一，但是其缺點(diǎn)是:溫度要求高，可控性不足。水熱法是一種可控性較高的方法，但是要規(guī)模化使用對(duì)儀器設(shè)備的要求很高，并且有安全隱患。這些制備方法各有利弊。溶液模板合成法由于其簡(jiǎn)單、低溫、成本低廉、易于操作以及大面積合成的優(yōu)點(diǎn)，目前受到更多關(guān)注，并且此方法可控性高，能夠制備出具有不同形貌的納米材料。當(dāng)前常用的模板劑有十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)、乙二胺、聚乙二醇(PEG)等。
[0004]纖維素是由葡萄糖組成的大分子多糖，不溶于水及一般有機(jī)溶劑，是植物細(xì)胞壁的主要成分。纖維素是自然界中分布最廣、含量最多的一種多糖，占植物界碳含量的50%以上。一般木材中，纖維素占40?50%，還有10?30%的半纖維素和20?30%的木質(zhì)素。以纖維素為原料制備得到的纖維素晶體更是一種新型的天然高分子材料，它具有高強(qiáng)高模、生物可降解性，高反應(yīng)活性、低成本的等優(yōu)點(diǎn)(CN102775643A)。當(dāng)前，酸水解法是一種最為普遍的制備纖維素納米晶體的方法。改進(jìn)之后，混酸法是一種更簡(jiǎn)便地制備纖維素納米晶體的同時(shí)在其表面改性的優(yōu)秀方法，其制備得到的纖維素納米球晶具有良好的模板性能，可以牢固地附著無(wú)機(jī)粒子(CN102311505A)。
[0005]本發(fā)明提供了新型的模板材料一一纖維素納米球晶，以帶負(fù)電荷的纖維素納米球晶為模板劑，利用其帶負(fù)電的基團(tuán)與鋅鹽產(chǎn)生靜電作用，更好地將氧化鋅結(jié)合在納米球晶上，實(shí)現(xiàn)雜化粒子良好地分散和其形貌的調(diào)控，該制備工藝不僅成本低，可工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)，整個(gè)過(guò)程對(duì)環(huán)境無(wú)污染。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了一種基于纖維素納米球晶為模板的花簇狀氧化鋅雜化材料的制備方法。
[0007]本發(fā)明所述一種基于纖維素納米球晶為模板的花簇狀氧化鋅雜化材料的制備方法，包括如下步驟:
(1)取固含量為4.05g/L的纖維素納米球晶懸浮液31.25重量份，超聲攪拌10?20min ;將6.25重量份可溶性鋅鹽溶于62.5重量份去離子水中，攪拌溶解，然后混合到所述纖維素納米球晶的懸浮液中得到混合液；
(2)用堿液調(diào)節(jié)所述混合液的pH值在10.5?13之間，攪拌15?30min ;將混合液加熱至100°C?140°C，反應(yīng)2?4h ;冷卻后，抽濾洗滌，最后將粉末置于60°C?120°C中干燥Ih?24h得到白色粉末狀的雜化材料。
[0008]所述步驟(I)中的納米氧化鋅生長(zhǎng)的模板為纖維素納米球晶，直徑為10?60 nm，
其表面基團(tuán)為羥基、羧基和酯基。
[0009]所述步驟(I)中的可溶性鋅鹽為六水合硝酸鋅、無(wú)水氯化鋅、硫酸鋅中的一種。
[0010]所述步驟(2)中的白色粉末狀的雜化材料為棒直徑介于20nm?300nm的花簇狀結(jié)構(gòu)的氧化鋅雜化材料。
[0011]所述步驟(2)中的堿液是濃度為6mol/L的濃氨水。
[0012]有益效果
(I)本發(fā)明所提出的制備工藝簡(jiǎn)便易操作，整個(gè)制備過(guò)程對(duì)環(huán)境無(wú)污染，無(wú)需昂貴的儀器設(shè)備，成本低廉；生產(chǎn)制備過(guò)程中，以表面改性之后含有帶電基團(tuán)的纖維素納米球晶為模板劑，克服了普通沉淀法和其他模板劑制備氧化鋅材料吸附力較差以及容易團(tuán)聚的問(wèn)題，更加適合于工業(yè)規(guī)?；a(chǎn)。
[0013](2)本發(fā)明所制得的基于纖維素納米球晶的花簇狀氧化鋅雜化材料，形貌可控，產(chǎn)量大，催化能力與抗菌性強(qiáng)，且所用纖維素模版原料來(lái)源廣泛。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1基于纖維素納米球晶的花簇狀氧化鋅雜化材料的掃描電鏡圖。
[0015]圖2基于纖維素納米球晶(SCN)的花簇狀氧化鋅雜化材料(SCN/ZnO)的XRD圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。
[0017]
實(shí)施例1
將31.25重量份纖維素納米球晶懸浮液充分?jǐn)嚢?，超聲處理lOmin，再和6.25重量份硝酸鋅與62.5重量份去離子水的溶液混合，充分?jǐn)嚢?；用濃氨?6mol/L)將混合溶液的pH值調(diào)至11.0，隨后充分?jǐn)嚢?5min ;轉(zhuǎn)移至油浴鍋中，攪拌并加熱至100°C，冷凝回流，恒溫反應(yīng)2h。
[0018]將上述反應(yīng)液冷卻至室溫，抽濾水洗3次，轉(zhuǎn)移至80°C的烘箱中烘20h，得到的產(chǎn)物根據(jù)圖1可知，其形貌為花簇狀氧化鋅雜化粒子，組成花簇狀的納米棒直徑約為50?10nm0
[0019]
實(shí)施例2
將31.25重量份纖維素納米球晶懸浮液充分?jǐn)嚢?，超聲處理llmin，再和6.25重量份硝酸鋅與62.5重量份去離子水的溶液混合，充分?jǐn)嚢?；用濃氨?6mol/L)將混合溶液的pH值調(diào)至11.2，隨后充分?jǐn)嚢鐸Smin ;轉(zhuǎn)移至油浴鍋中，攪拌并加熱至115°C，冷凝回流，恒溫反應(yīng)2.5ho
[0020]將上述反應(yīng)液冷卻至室溫，抽濾水洗3次，轉(zhuǎn)移至100°C的烘箱中烘5h。得到的產(chǎn)物根據(jù)圖2可知，其XRD圖譜顯示了在31.7° ,34.3°，36.2°，47.5°，56.4°，62.8°，67.V，and 69.1°處出現(xiàn)了新吸收峰，這些對(duì)應(yīng)了氧化鋅的六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)在
(100)，(002)，(101)，(102)，(110)，(103)，(112)處的位面。
[0021]
實(shí)施例3
將31.25重量份纖維素納米球晶懸浮液充分?jǐn)嚢?，超聲處?5min，再和6.25重量份硝酸鋅與62.5重量份去離子水的溶液混合，充分?jǐn)嚢?；用濃氨?6mol/L)將混合溶液的pH值調(diào)至10.89，隨后充分?jǐn)嚢?8min ;轉(zhuǎn)移至油浴鍋中，攪拌并加熱至128°C，冷凝回流，恒溫反應(yīng)1.5h0
[0022]將上述反應(yīng)液冷卻至室溫，抽濾水洗3次，轉(zhuǎn)移至90 °C的烘箱中烘15h。
[0023]
實(shí)施例4
將31.25重量份纖維素納米球晶懸浮液充分?jǐn)嚢?，超聲處?8min，再和6.25重量份硝酸鋅與62.5重量份去離子水的溶液混合，充分?jǐn)嚢?；用濃氨?6mol/L)將混合溶液的pH值調(diào)至11.08，隨后充分?jǐn)嚢?0min ;轉(zhuǎn)移至油浴鍋中，攪拌并加熱至110°C，冷凝回流，恒溫反應(yīng)4h。
[0024]將上述反應(yīng)液冷卻至室溫，抽濾水洗3次，轉(zhuǎn)移至120°C的烘箱中烘lh。
[0025]
實(shí)施例5
將31.25重量份纖維素納米球晶懸浮液充分?jǐn)嚢?，超聲處?9min，再和6.25重量份硝酸鋅與62.5重量份去離子水的溶液混合，充分?jǐn)嚢瑁挥脻獍彼?6mol/L)將混合溶液的pH值調(diào)至10.95，隨后充分?jǐn)嚢?2min ;轉(zhuǎn)移至油浴鍋中，攪拌并加熱至103°C，冷凝回流，恒溫反應(yīng)2.2ho
[0026]將上述反應(yīng)液冷卻至室溫，抽濾水洗3次，轉(zhuǎn)移至60 °C的烘箱中烘24h。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于纖維素納米球晶為模板的花簇狀氧化鋅雜化材料的制備方法，其特征在于，以纖維素納米球晶為模板，可溶性鋅鹽為鋅源，堿液為PH調(diào)節(jié)劑，經(jīng)加熱攪拌制得沉淀，得到棒直徑為20nm?300nm的花簇狀納米結(jié)構(gòu)的氧化鋅雜化材料，包括以下步驟: (1)取固含量為4.05g/L的纖維素納米球晶懸浮液31.25重量份，超聲攪拌10?20min ;將6.25重量份可溶性鋅鹽溶于62.5重量份去離子水中，攪拌溶解，然后混合到所述纖維素納米球晶的懸浮液中得到混合液； (2)用堿液調(diào)節(jié)所述混合液的pH值在10.5?13之間，攪拌15?30min ;將混合液加熱至100°C?140°C，反應(yīng)2?4h ;冷卻后，抽濾洗滌，最后將粉末置于60°C?120°C中干燥Ih?24h得到白色粉末狀的雜化材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于纖維素納米球晶為模板的花簇狀氧化鋅雜化材料的制備方法，其特征在于:步驟(I)中的所述纖維素納米球晶的直徑為10?60 nm，其表面基團(tuán)為羥基、羧基和酯基。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于纖維素納米球晶為模板的花簇狀氧化鋅雜化材料的制備方法，其特征在于:所述步驟(I)中的可溶性鋅鹽為六水合硝酸鋅、無(wú)水氯化鋅、硫酸鋅中的一種。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于纖維素納米球晶為模板的花簇狀氧化鋅雜化材料的制備方法，其特征在于:所述步驟(2)中的堿液是濃度為6mol/L的濃氨水。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于纖維素納米球晶為模板的花簇狀氧化鋅雜化材料的制備方法。其主要特征包括：以纖維素納米球晶為模板，可溶性鋅鹽為鋅源，堿液為pH調(diào)節(jié)劑，將溶液的pH值調(diào)節(jié)至10.5～13之間，攪拌并加熱至100℃～140℃，得到白色沉淀；將上述處理的溶液抽濾水洗，然后，置于60℃～120℃的烘箱中烘干1h～24h，得到以纖維素納米球晶為模板由氧化鋅納米棒組成的花簇狀雜化材料。該制備工藝簡(jiǎn)便易操作，整個(gè)制備過(guò)程對(duì)環(huán)境無(wú)污染，適合于工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)；所制得的雜化材料，粒子尺寸小且形貌可控，結(jié)晶度高，分散性好，表面缺陷少，具有優(yōu)秀的殺菌作用和染料降解性能，在凈水、醫(yī)用材料和染料處理領(lǐng)域方面有廣泛的應(yīng)用。
【IPC分類】C01G9/02, B82Y30/00, B82Y40/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105110362
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510450352
【發(fā)明人】余厚詠, 姚菊明, 陽(yáng)仁彤, 宋美麗, 張彩虹
【申請(qǐng)人】浙江理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年12月2日
【申請(qǐng)日】2015年7月29日