一種氧化鋅晶體及其制備方法和應(yīng)用
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種氧化鋅晶體及其制備方法和應(yīng)用。其制備步驟為：S1、配制硝酸鋅溶液和沉淀劑溶液，以及冬棗汁液；S2、制備前驅(qū)體：向硝酸鋅溶液中緩慢滴加尿素溶液，接著，緩慢滴加20mL冬棗汁；恒溫?cái)嚢?h后，抽濾、洗滌、在80℃烘箱中烘干；S3、制備氧化鋅晶體：將S2中得到的前驅(qū)體在300℃下煅燒3h，冷卻，得到ZnO晶體。所述沉淀劑采用尿素。利用上述制備方法制得的氧化鋅晶體呈均勻分布的刺球狀。將氧化鋅晶體加入染料溶液中，攪拌均勻，在黑暗處充分吸附后，在太陽(yáng)光照射條件下進(jìn)行光催化降解。本發(fā)明通過(guò)仿生合成制備氧化鋅晶體，較為環(huán)保，并且在光催化方面具有應(yīng)用價(jià)值。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種氧化鋅晶體及其制備方法和應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于功能材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氧化鋅晶體及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]納米氧化鋅作為一種新型的高功能無(wú)機(jī)產(chǎn)品，具有納米材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性質(zhì)，同時(shí)納米氧化鋅作為一種自激活的半導(dǎo)體材料，在室溫條件下，禁帶寬度為3.27ev，激子束縛能為60mev，這就導(dǎo)致其從理論角度上具備了從紫外光至可見(jiàn)光穩(wěn)定的發(fā)射本領(lǐng)，并且納米ZnO的比表面積比較大，表面活性中心比較多，這樣為做催化劑提供了一定的條件，所以納米氧化鋅材料在光電材料、高效催化材料、紫外線屏蔽等方面具有廣闊的應(yīng)用開(kāi)發(fā)前景。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，人們用化學(xué)氣相沉積(CVD)、熱蒸發(fā)、電泳沉積和水熱法等方法制備出了許多不同形貌的氧化鋅納米材料，如納米棒，納米管，納米花，納米纖維，納米球等形貌。本發(fā)明旨在以物大分子為模板劑、提供一種環(huán)保的仿生合成微納米ZnO的制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種氧化鋅晶體，該氧化鋅晶體通過(guò)仿生合成制備，較為環(huán)保，并且在光催化方面具有應(yīng)用價(jià)值。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的之一提供一種氧化鋅晶體的制備方法，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:
[0006]S1、配制硝酸鋅溶液和沉淀劑溶液:準(zhǔn)確稱(chēng)量六水合硝酸鋅5 2.0 5 9 O g，制得
0.7mol/L的硝酸鋅溶液;準(zhǔn)確稱(chēng)取尿素16.2000g，制得2.7mol/L的尿素溶液；
[0007]S2、配制冬棗汁液:將新鮮的冬棗去皮，用小刀切取25克，再用研缽將冬棗研磨成汁液;接著將研磨過(guò)后的物質(zhì)抽濾，將所得濾液倒入250mL容量瓶中，定容至刻度，搖勻配制成250mL溶液，得到冬棗汁液；
[0008]S3、制備前驅(qū)體:在反應(yīng)容器中加入40mL 0.7mol/L的硝酸鋅溶液，向硝酸鋅溶液中緩慢滴加2.7mol/L的尿素溶液40mL，接著，緩慢滴加20mL冬棗汁;然后置于恒溫加熱磁力攪拌器中攪拌，溫度設(shè)為90°C，恒溫?cái)嚢?h;停止攪拌，待燒杯冷卻后進(jìn)行抽濾，并用乙醇洗滌，得到樣品；最后將樣品在80°C烘箱中存放4h，取出冷卻后得到前驅(qū)體堿式碳酸鋅Zn5(OH)6(CO3)2;
[0009]S4、制備氧化鋅晶體:將S3中制備所得前驅(qū)體Zn5(OH)6(CO3)2在300°C下煅燒3h后，冷卻，得到產(chǎn)品B，即為六方形纖鋅礦結(jié)構(gòu)的ZnO晶體。
[0010]優(yōu)選的，S2所得冬棗汁液用保鮮膜密封，并放入冰箱中保存。
[0011 ]進(jìn)一步的，所述恒溫加熱磁力攪拌器攪拌速度設(shè)為10r/min。
[0012]本發(fā)明的目的之二是提供一種利用上述制備方法制得的氧化鋅晶體。
[0013]優(yōu)選的，該氧化鋅晶體呈均勻分布的刺球狀。
[0014]本發(fā)明的目的之三是提供一種如上述氧化鋅晶體的應(yīng)用，將氧化鋅晶體加入染料(如甲基橙)溶液中，攪拌均勻，在黑暗處充分吸附3h后，在太陽(yáng)光照射條件下進(jìn)行光催化降解。
[0015]本發(fā)明的有益效果在于:
[0016]I)、本發(fā)明以冬棗汁液中的各種生物大分子為模板劑，利用硝酸鋅、尿素/六亞甲基四胺和冬棗汁通過(guò)仿生合成制備成了刺球型的微納米ZnO。本發(fā)明制備方法所用的實(shí)驗(yàn)試劑簡(jiǎn)單，無(wú)需加入有毒試劑，費(fèi)用較低，回收率高，且不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生較大的污染，對(duì)環(huán)境友好。
[0017]2)、本發(fā)明利用生物原料冬棗汁液制備納米氧化鋅，試驗(yàn)證明冬棗汁液中的生物分子對(duì)氧化鋅的合成具有調(diào)控作用，不僅使由前驅(qū)體煅燒后得到的ZnO樣品結(jié)晶更加完好，具有六方形纖鋅礦結(jié)構(gòu);而且還提高了光催化作用，這是由于經(jīng)過(guò)冬棗汁調(diào)控制備的ZnO有更大的比表面積，使得更多的納米ZnO吸附到染料(甲基橙)表面，使得降解速率有明顯幅度的提尚。
[0018]本發(fā)明冬棗汁液生物分子中含有N、0等電負(fù)性較大的原子，它們能夠吸引帶正電荷的Zn2+離子，提供成核位點(diǎn)，并對(duì)氧化鋅晶體的生長(zhǎng)過(guò)程起到調(diào)控作用，從而生成顆粒較小的刺球狀ZnO晶體。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為實(shí)施例1硝酸鋅和尿素添加冬棗汁體系中前驅(qū)體的XRD圖。
[0020]圖1.1為硝酸鋅和尿素添加冬棗汁體系中前驅(qū)體的TG圖。
[0021 ]圖1.2為硝酸鋅和尿素添加冬棗汁體系中前驅(qū)體煅燒所得分解產(chǎn)物的XRD圖。
[0022]圖2為實(shí)施例1未添加冬棗汁的硝酸鋅和尿素體系中前驅(qū)體的XRD圖。
[0023]圖2.1為硝酸鋅和尿素體系中前驅(qū)體的TG圖。
[0024]圖2.2為硝酸鋅和尿素體系中前驅(qū)體煅燒分解所得分解產(chǎn)物的XRD圖。
[0025]圖3.1為硝酸鋅和尿素體系中前驅(qū)體煅燒所得分解產(chǎn)物的掃描電鏡圖。
[0026]圖3.2為圖3.1的放大圖。
[0027]圖4.1為硝酸鋅和尿素添加冬棗汁體系中前驅(qū)體煅燒所得分解產(chǎn)物的掃描電鏡圖。
[0028]圖4.2為圖4.1的放大圖。
[0029]圖5為實(shí)施例1產(chǎn)物的光催化實(shí)驗(yàn)對(duì)照?qǐng)D。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0031]實(shí)施例1
[0032]一、一種氧化鋅晶體的制備方法
[0033]包括如下步驟:
[0034]S1、配制硝酸鋅溶液和沉淀劑溶液:準(zhǔn)確稱(chēng)量六水合硝酸鋅52.0590g，溶解于小燒杯中，定容于250mL的容量瓶中，制得0.7mol/L的硝酸鋅溶液;準(zhǔn)確稱(chēng)取尿素16.2000g，在小燒杯中溶解，定容于10mL的容量瓶中，制得2.7mol/L的尿素溶液；
[0035]S2、配制冬棗汁液:將新鮮的冬棗去皮，用小刀切取25克，再用研缽將冬棗研磨成汁液;接著將研磨過(guò)后的物質(zhì)抽濾，將所得濾液倒入250mL容量瓶中，定容至刻度，搖勻配制成250mL溶液，得到冬棗汁液;將冬棗汁液倒入250mL的燒杯中，用保鮮膜密封，并放入冰箱中保存；
[0036]S3、制備前驅(qū)體:在250mL的燒杯加入40mL 0.7mol/L的硝酸鋅溶液，向硝酸鋅溶液中緩慢滴加2.7mol/L的尿素溶液40mL，接著，緩慢滴加20mL冬棗汁;然后置于恒溫加熱磁力攪拌器中攪拌，攪拌速度設(shè)為lOr/min，溫度設(shè)為90°C，恒溫?cái)嚢?h;停止攪拌，待燒杯冷卻后進(jìn)行抽濾，并用4mL的乙醇洗滌，得到樣品；最后將樣品在80°C烘箱中存放4h，取出冷卻將藥品放入包裝袋中，得到即為前驅(qū)體堿式碳酸鋅Zn5(OH)6(CO3)2;
[0037]S4、制備氧化鋅晶體:將S3中制備所得前驅(qū)體Zn5(OH)6(CO3)2在300°C下煅燒3h后，冷卻，得到產(chǎn)品B，即為六方形纖鋅礦結(jié)構(gòu)的ZnO晶體。
[0038]作為實(shí)施例1的對(duì)照試驗(yàn):
[0039]—種氧化鋅晶體的制備方法，包括如下步驟:
[0040]S1、配制硝酸鋅溶液和沉淀劑溶液:準(zhǔn)確稱(chēng)量六水合硝酸鋅52.0590g，溶解于小燒杯中，定容于250mL的容量瓶中，制得0.7mol/L的硝酸鋅溶液;準(zhǔn)確稱(chēng)取尿素16.2000g，在小燒杯中溶解，定容于10mL的容量瓶中，制得2.7mol/L的尿素溶液；
[0041 ] S2、制備前驅(qū)體:在250mL的燒杯加入40mL 0.7mol/L的硝酸鋅溶液，向硝酸鋅溶液中緩慢滴加2.7mol/L的尿素溶液40mL，接著，緩慢滴加20mL蒸餾水;然后置于恒溫加熱磁力攪拌器中攪拌，攪拌速度設(shè)為lOr/min，溫度設(shè)為90°C，恒溫?cái)嚢?h;停止攪拌，待燒杯冷卻后進(jìn)行抽濾，并用4mL的乙醇洗滌，得到樣品；最后將樣品在80°C烘箱中存放4h，取出冷卻將藥品放入包裝袋中，得到即為前驅(qū)體堿式碳酸鋅Zn5(OH)6(CO3)2;
[0042]S4、制備氧化鋅晶體:將S3中制備所得前驅(qū)體Zn5(OH)6(CO3)2在300°C下煅燒3h后，冷卻，得到產(chǎn)品A。
[0043]二、結(jié)構(gòu)表征
[0044]如圖1所示，為使用X-射線衍射儀測(cè)得硝酸鋅和尿素添加冬棗汁體系中前驅(qū)體的XRD圖譜，從圖中我們可以看出2Θ = 13.2°、25.24。、28.2。、30.88。、32.84。、37.4°分別對(duì)應(yīng)的Zn5(OH)6(CO3)2的(200)、(400)、(020)、(311)、(021)、(112)晶面，制備得前驅(qū)體的XRD圖譜與Zn5(OH)6(CO3)2的標(biāo)準(zhǔn)卡片吻合，并且紅外測(cè)試顯示有O-H和碳酸根，更加確認(rèn)前驅(qū)體為堿式碳酸鋅Zn5(OH)6(CO3)2;如圖2所示，為使用X-射線衍射儀測(cè)得未添加冬棗汁硝酸鋅和尿素體系中前驅(qū)體的XRD圖譜，從圖中我們可以看出2Θ = 13° ,25.64° ,30.78° ,33.22°、38.8°、46.82°分別對(duì)應(yīng)的Zn5(OH)6(CO3)2的(200)、(400)、(311)、(002)、(420)、(131)晶面，與Zn5(OH)6(CO3)2的標(biāo)準(zhǔn)卡片基本吻合。
[0045]如圖1.1所示，為硝酸鋅和尿素添加冬棗汁體系中的前驅(qū)體TG圖，從圖中可以看到前驅(qū)體在300°C時(shí)已基本分解完全;如圖2.1所示，為硝酸鋅和尿素體系中的前驅(qū)體TG圖，從圖中可以看到前驅(qū)體在300°C時(shí)已基本分解完全。
[0046]如圖1.2所示，為硝酸鋅和尿素添加冬棗汁體系前驅(qū)體煅燒分解所得分解產(chǎn)物的XRD圖譜。由圖可知，衍射峰位于2Θ = 32°、34.64。、36.32。、47.74。、56.72。、62.72。、67.88。分別對(duì)應(yīng)于ZnO的(100)、(002)、(101)、(102)、(110)、(103)、(200)晶面，與ZnO的標(biāo)準(zhǔn)卡片完全符合，其中(101)面的衍射峰最強(qiáng)，即晶體主要沿(101)面生長(zhǎng);前驅(qū)體在300°C下煅燒后，得到ZnO晶體結(jié)晶完好，屬于六方形的纖鋅礦結(jié)構(gòu)，并且圖中無(wú)雜峰，得到氧化鋅晶體純度高;如圖2.2所示，為硝酸鋅和尿素體系中前驅(qū)體煅燒分解所得分解產(chǎn)物的XRD圖譜。由圖可知，衍射峰位于2Θ = 31.72°、36.36°、56.56°、62.28°，分別對(duì)應(yīng)于ZnO的(100)、(101)、
(110)、( 103)晶面，與ZnO的標(biāo)準(zhǔn)卡片相符，前驅(qū)體在300°C下煅燒后，能夠得到的一定的ZnO晶體，屬于六方形的纖鋅礦結(jié)構(gòu);而圖中的雜峰是堿式碳酸鋅的峰位，故該體系沒(méi)有完全高溫分解完，仍有一定量的前驅(qū)體。
[0047]綜上所述，表明冬棗汁液中生物分子對(duì)氧化鋅的合成具有調(diào)控作用。
[0048]三、形貌表征
[0049]—種利用上述制備方法制得的氧化鋅晶體，該氧化鋅晶體呈均勻分布的刺球狀。
[0050]由圖3.1、3.2可見(jiàn)，沒(méi)有加冬棗汁生成的ZnO為塊狀，附近的大顆粒我們推測(cè)是由小顆粒團(tuán)聚成而成的，直徑約為幾十微米?？瓷先ケ砻孑^為粗糙，蓬松，且分布不均勻，合成出的ZnO晶體比較凌亂。
[0051 ]圖4.1、4.2為硝酸鋅和尿素及冬棗汁液體系制得ZnO的掃描電鏡圖。由圖可見(jiàn)，生成的ZnO顆粒呈刺球狀，直徑約為幾微米，顆粒表面較為光滑，膨松，分布均勻，但與圖3.1、3.2相比，顆粒較小，更接近于納米級(jí)別。
[0052]四、光催化性能
[0053]準(zhǔn)確稱(chēng)取甲基橙1mg，在小燒杯中溶解，定容于100mL的容量瓶中，制得10mg/L甲基橙溶液，將氧化鋅晶體加入該甲基橙染料溶液中，攪拌均勻，在黑暗處充分吸附3h后，在太陽(yáng)光照射條件下進(jìn)行光催化降解
[0054]分別取10mL質(zhì)量濃度為10mg/L的甲基橙溶液于10mL燒杯中，溶液中再分別加入
0.1g的樣品A、B，攪拌均勻，黑暗處3h充分吸附后，在太陽(yáng)光照射條件下進(jìn)行光催化降解實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)行了空白對(duì)照試驗(yàn)。每隔0.5h取上層清液，用紫外-可見(jiàn)吸收光譜儀(設(shè)置最大吸收波長(zhǎng)為465nm)測(cè)其吸光度，依據(jù)公式α= (l-A/Ao) X 100%來(lái)計(jì)算其降解率，其中Ao和A分別是甲基橙溶液在降解前后的吸光度。
[0055]如圖5所示，為光降解實(shí)驗(yàn)圖，曲線A為有尿素和硝酸鋅合成的納米ZnO的光催化實(shí)驗(yàn)曲線，曲線B為是由尿素和硝酸鋅及冬棗汁仿生合成的納米ZnO的光催化實(shí)驗(yàn)曲線?？梢钥闯?兩個(gè)樣品均有良好的光催化性能，然而當(dāng)加入由冬棗汁液調(diào)控合成的納米氧化鋅時(shí)，甲基橙的降解速率有了更明顯幅度的提高，表明生物大分子調(diào)控合成的納米ZnO催化活性更優(yōu)異。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種氧化鋅晶體的制備方法，其特征在于包括如下步驟: 51、配制硝酸鋅溶液和沉淀劑溶液:準(zhǔn)確稱(chēng)量六水合硝酸鋅52.0590g，制得0.7mol/L的硝酸鋅溶液;準(zhǔn)確稱(chēng)取尿素16.2000g，制得2.7mol/L的尿素溶液； 52、配制冬棗汁液:將新鮮的冬棗去皮，用小刀切取25克，再用研缽將冬棗研磨成汁液；接著將研磨過(guò)后的物質(zhì)抽濾，將所得濾液倒入250mL容量瓶中，定容至刻度，搖勻配制成250mL溶液，得到冬棗汁液； 53、制備前驅(qū)體:在反應(yīng)容器中加入40mL0.7mol/L的硝酸鋅溶液，向硝酸鋅溶液中緩慢滴加2.7mol/L的尿素溶液40mL，接著，緩慢滴加20mL冬棗汁;然后置于恒溫加熱磁力攪拌器中攪拌，溫度設(shè)為90°C，恒溫?cái)嚢?h;停止攪拌，待燒杯冷卻后進(jìn)行抽濾，并用乙醇洗滌，得到樣品；最后將樣品在80°C烘箱中存放4h，取出冷卻后得到前驅(qū)體堿式碳酸鋅Zn5(OH)6(CO3)2; 54、制備氧化鋅晶體:將S3中制備所得前驅(qū)體Zn5(OH)6(CO3) 2在300 °C下煅燒3h后，冷卻，得到產(chǎn)品B，即為六方形纖鋅礦結(jié)構(gòu)的ZnO晶體。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氧化鋅晶體的制備方法，其特征在于:S2所得冬棗汁液用保鮮膜密封，并放入冰箱中保存。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種氧化鋅晶體的制備方法，其特征在于:所述恒溫加熱磁力攪拌器攪拌速度設(shè)為10r/min。4.一種利用如權(quán)利要求3所述制備方法制得的氧化鋅晶體。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種氧化鋅晶體，其特征在于:該氧化鋅晶體呈均勻分布的刺球狀。6.一種如權(quán)利要求5所述氧化鋅晶體的應(yīng)用，其特征在于:將氧化鋅晶體加入染料溶液中，攪拌均勻，在黑暗處充分吸附3h后，在太陽(yáng)光照射條件下進(jìn)行光催化降解。
【文檔編號(hào)】B01J23/06GK105923648SQ201610165285
【公開(kāi)日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年3月21日
【發(fā)明人】陳龍, 汪建利, 丁昌鳳, 亓昭鵬, 鄭玉船, 王俊波, 潘樂(lè), 常貫儒, 李瑞鋒, 楊永梅, 秦傳高
【申請(qǐng)人】黃山學(xué)院