專利名稱：納米氧化鋅/聚苯乙烯復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米氧化鋅/聚苯乙烯復(fù)合材料，該復(fù)合材料在可見光光源下具有光催化性能，本發(fā)明還提供該復(fù)合材料的制備方法，屬于納米材料加工和應(yīng)用的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
自從1972年Fujishima等提出多相光催化技術(shù)以來，光催化消除和降解污染物已成為環(huán)境領(lǐng)域較為活躍的一個(gè)研究方向。利用半導(dǎo)體材料作為光催化劑降解去除環(huán)境中的有機(jī)物近年來引起了國(guó)內(nèi)外的關(guān)注。其原因在于半導(dǎo)體氧化物材料在光照下表面能受激活化，利用光能可有效地氧化分解污染物、還原重金屬離子、殺滅細(xì)菌和消除異味。由于光催化技術(shù)可以利用太陽能在室溫條件下發(fā)生反應(yīng)，比較經(jīng)濟(jì)；光催化劑本身無毒、無害、無腐蝕性，可反復(fù)使用；可將有機(jī)污染物完全礦化成水和無機(jī)離子，無二次污染，所以有著傳統(tǒng)的高溫、常規(guī)催化技術(shù)及吸附技術(shù)無法比擬的誘人魅力，是一種具有廣闊應(yīng)用前景的綠色環(huán)境治理技術(shù)。
納米ZnO是一種重要的半導(dǎo)體材料，由于它具有較大的能隙寬度(和氮化鎵相似)而具有良好的發(fā)光、光電轉(zhuǎn)換、紫外吸收等性能，廣泛應(yīng)用于場(chǎng)發(fā)射材料、氣敏元件、防紫外涂料、發(fā)光材料、光電轉(zhuǎn)換材料、橡膠、陶瓷、涂料、日用化工材料，可以用來制造發(fā)光電極、橡膠添加劑、氣體傳感器、紫外線遮蔽材料、變壓器和多種光學(xué)裝置。除此之外，納米氧化鋅還具有光催化活性，可以以太陽光作為光源降解有機(jī)污染物，這將使它在環(huán)境污染治理方面扮演極其重要的角色。由于其具有廣泛的應(yīng)用前景，而被譽(yù)為面向21世紀(jì)的現(xiàn)代功能材料。
近年來，人們對(duì)于光催化劑的研究主要致力于尋找光活性好、光催化活性高、光吸收范圍廣、經(jīng)濟(jì)價(jià)廉的材料，特別是對(duì)太陽光或可見光敏感的材料，以便利用光催化開發(fā)新產(chǎn)品，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種納米氧化鋅/聚苯乙烯復(fù)合材料，該復(fù)合材料由納米氧化鋅與聚苯乙烯復(fù)合而成，其中，納米氧化鋅與聚苯乙烯的重量比為1∶15～10∶1。該復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)是在可見光光源下具有光催化性能。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種制備納米氧化鋅/聚苯乙烯復(fù)合材料的方法。其特征在于，將聚苯乙烯溶于第一溶劑中，得聚苯乙烯溶液，第一溶劑是任何一種能溶解聚苯乙烯的溶劑；將尿素的水溶液加入Zn(NO3)2的水溶液，加入第二溶劑，得堿式碳酸鋅溶液，第二溶劑是甲醇、乙醇、丁醇或正丙醇之一；聚苯乙烯溶液滴加入堿式碳酸鋅溶液，攪拌均勻、過濾、烘干，得固態(tài)物質(zhì)；煅燒固態(tài)物質(zhì)，得納米氧化鋅/聚苯乙烯復(fù)合材料。該方法的優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單、成本低、易于實(shí)施和適于工業(yè)化生產(chǎn)。
現(xiàn)詳細(xì)說明上述的制備方法。一種納米氧化鋅/聚苯乙烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，具體操作步驟(1)制備聚苯乙烯溶液將0.1g～6g的聚苯乙烯溶于第一溶劑中，得5mL～150mL的聚苯乙烯溶液，該溶液的濃度介于20g/L～40g/L，第一溶劑是任何一種能溶解聚苯乙烯的溶劑；(2)制備堿式碳酸鋅溶液將100mL0.2mol/L的尿素水溶液加入到50mL0.2mol/L的Zn(NO3)2水溶液中，室溫下攪拌至均勻，95℃下繼續(xù)攪拌6小時(shí)，降溫至室溫，混合溶液中加入50mL第二溶劑，攪拌均勻，得200mL堿式碳酸鋅溶液，第二溶劑是低級(jí)醇R-OH，其中R＝C1～C4；(3)制備固態(tài)物質(zhì)在(2)步得到的堿式碳酸鋅溶液中滴加(1)步得到的聚苯乙烯溶液，攪拌至均勻，得堿式碳酸鋅-聚苯乙烯溶液，將堿式碳酸鋅-聚苯乙烯溶液過濾、烘干，得0.810g～6.698g的固態(tài)物質(zhì)；(4)煅燒固態(tài)物質(zhì)，得產(chǎn)物煅燒(3)步得到的固態(tài)物質(zhì)，煅燒溫度為200℃～500℃，煅燒時(shí)間為2～5小時(shí)，得0.569g～4.905g的產(chǎn)物，納米氧化鋅/聚苯乙烯復(fù)合材料。
在上述產(chǎn)物，納米氧化鋅/聚苯乙烯復(fù)合材料中，納米氧化鋅與聚苯乙烯的重量比為1∶15～10∶1。
與(2)步有關(guān)的化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)簡(jiǎn)式為
與(4)步有關(guān)的化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)簡(jiǎn)式為
上述的制備方法的進(jìn)一步特征在于，第一溶劑是丁酮、丙酮、環(huán)己酮、甲苯或硝基苯中的一種。
上述的制備方法的進(jìn)一步特征在于，第二溶劑是甲醇或乙醇。
上述的制備方法的進(jìn)一步特征在于，第一溶劑是丁酮、丙酮、環(huán)己酮、甲苯或硝基苯中的一種，第二溶劑是甲醇或乙醇。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供本發(fā)明的復(fù)合材料作為光催化劑的應(yīng)用方法。一種納米氧化鋅/聚苯乙烯復(fù)合材料作為光催化劑使污水光催化降解方法，其特征在于，在可見光光源下，該復(fù)合材料使含甲基橙、蘇丹紅、苯酚、鄰苯二酚之類的污染物的污水光催化降解，該復(fù)合材料的加入量為每25mL污水加入30～100mg，污水的污染物濃度為1～100mg/L。
上述的納米氧化鋅/聚苯乙烯復(fù)合材料作為光催化劑的應(yīng)用方法的進(jìn)一步特征在于，所述的可見光光源是太陽、熒光燈、鹵燈、汞氙燈、金屬鹵化物燈、發(fā)光二極管或有機(jī)物燃燒火焰。
上述的納米氧化鋅/聚苯乙烯復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)是該復(fù)合材料在可見光光源照射下具有光催化性能。本發(fā)明的復(fù)合材料的制備方法的優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單、成本低、易于實(shí)施和適于工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1納米氧化鋅的TEM(顯微結(jié)構(gòu)照片)。
圖2納米氧化鋅/聚苯乙烯復(fù)合材料中的納米氧化鋅的TEM(顯微結(jié)構(gòu)照片)。
比較可知，圖2中的納米氧化鋅的粒子尺寸明顯小于圖1中的納米氧化鋅的粒子尺寸。
圖3納米氧化鋅(a)和納米氧化鋅/聚氯乙烯復(fù)合材料(b)的UV-Vis(紫外-可見光)吸收光譜圖。從圖中可看出，納米氧化鋅/聚氯乙烯復(fù)合材料的光吸收范圍變寬，對(duì)可見光的吸收明顯高于納米氧化鋅對(duì)可見光的吸收。
圖4納米氧化鋅的ESR(電子自旋共振)譜圖。
圖5煅燒的聚苯乙烯的ESR譜圖。
圖6納米氧化鋅/聚苯乙烯復(fù)合材料的ESR譜圖。
圖4、圖5和圖6表明，納米氧化鋅/聚苯乙烯復(fù)合材料的ESR響應(yīng)比純納米氧化鋅或純聚苯乙烯的ESR響應(yīng)有明顯的增強(qiáng)。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
實(shí)施例1(1)將2g聚苯乙烯溶解在50mL第一溶劑，丙酮中，得50mL聚苯乙烯溶液，該溶液的濃度為40g/L；(2)將100mL0.2mol/L的尿素水溶液加入到50mL0.2mol/L的Zn(NO3)2水溶液中，室溫下攪拌至均勻，混合溶液在95℃下攪拌6小時(shí)，降溫至室溫，混合溶液中加入50mL第二溶劑，甲醇，攪拌至均勻，得200mL堿式碳酸鋅溶液；(3)在堿式碳酸鋅溶液中滴加聚苯乙烯溶液，攪拌至均勻，得堿式碳酸鋅-聚苯乙烯溶液，將堿式碳酸鋅-聚苯乙烯溶液過濾、烘干，得2.706g的固態(tài)物質(zhì)；(4)將固態(tài)物質(zhì)在空氣中200℃煅燒5小時(shí)，得1.878克產(chǎn)物，納米氧化鋅/聚苯乙烯復(fù)合材料。
實(shí)施例2(1)將6g聚苯乙烯溶解在150mL第一溶劑，丙酮中，得150mL聚苯乙烯溶液，該溶液的濃度為40g/L；(2)將100mL0.2mol/L的尿素水溶液加入到50mL0.2mol/L的Zn(NO3)2水溶液中，室溫下攪拌至均勻，混合溶液在95℃下攪拌6小時(shí)，降溫至室溫，混合溶液中加入50mL第二溶劑，乙醇，攪拌至均勻，得200mL堿式碳酸鋅溶液；(3)在堿式碳酸鋅溶液中滴加聚苯乙烯溶液，攪拌至均勻，得堿式碳酸鋅-聚苯乙烯溶液，將堿式碳酸鋅-聚苯乙烯溶液過濾、烘干，得6.698g的固態(tài)物質(zhì)；(4)將固態(tài)物質(zhì)在空氣中300℃煅燒4小時(shí)，得4.905g產(chǎn)物，納米氧化鋅/聚苯乙烯復(fù)合材料。
實(shí)施例3(1)將5g聚苯乙烯溶解在125mL第一溶劑，丁酮中，得125mL聚苯乙烯溶液，該溶液的濃度為40g/L；(2)將100mL0.2mol/L的尿素水溶液加入到50mL0.2mol/L的Zn(NO3)2水溶液中，室溫下攪拌至均勻，混合溶液在95℃下攪拌6小時(shí)，降溫至室溫，混合溶液中加入50mL第二溶劑，乙醇，攪拌至均勻，得200mL堿式碳酸鋅溶液；(3)在堿式碳酸鋅溶液中滴加聚苯乙烯溶液，攪拌至均勻，得堿式碳酸鋅-聚苯乙烯溶液，將堿式碳酸鋅-聚苯乙烯溶液過濾、烘干，得5.701g的固態(tài)物質(zhì)；(4)將固態(tài)物質(zhì)在空氣中400℃煅燒3小時(shí)，得4.151g產(chǎn)物，納米氧化鋅/聚苯乙烯復(fù)合材料。
實(shí)施例4(1)將0.25g聚苯乙烯溶解在7.5mL第一溶劑，丁酮中，得7.5mL聚苯乙烯溶液，該溶液的濃度為33.33g/L；(2)將100mL0.2mol/L的尿素水溶液加入到50mL0.2mol/L的Zn(NO3)2水溶液中，室溫下攪拌至均勻，混合溶液在95℃下攪拌6小時(shí)，降溫至室溫，混合溶液中加入50mL第二溶劑，丁醇，攪拌至均勻，得200mL堿式碳酸鋅溶液；(3)在堿式碳酸鋅溶液中滴加聚苯乙烯溶液，攪拌至均勻，得堿式碳酸鋅-聚苯乙烯溶液，將堿式碳酸鋅-聚苯乙烯溶液過濾、烘干，得0.970g的固態(tài)物質(zhì)；(4)將固態(tài)物質(zhì)在空氣中300℃煅燒2小時(shí)，得0.685g產(chǎn)物，納米氧化鋅/聚苯乙烯復(fù)合材料。
實(shí)施例5(1)將0.5g聚苯乙烯溶解在15mL第一溶劑，甲苯中，得15mL聚苯乙烯溶液，該溶液的濃度為33.33g/L；(2)將100mL0.2mol/L的尿素水溶液加入到50mL0.2mol/L的Zn(NO3)2水溶液中，室溫下攪拌至均勻，混合溶液在95℃下攪拌6小時(shí)，降溫至室溫，混合溶液中加入50mL第二溶劑，甲醇，攪拌至均勻，得200mL堿式碳酸鋅溶液；
(3)在堿式碳酸鋅溶液中滴加聚苯乙烯溶液，攪拌至均勻，得堿式碳酸鋅-聚苯乙烯溶液，將堿式碳酸鋅-聚苯乙烯溶液過濾、烘干，得1.211g的固態(tài)物質(zhì)；(4)將固態(tài)物質(zhì)在空氣中500℃煅燒2小時(shí)，得0.857g產(chǎn)物，納米氧化鋅/聚苯乙烯復(fù)合材料。
實(shí)施例6(1)將0.1g聚苯乙烯溶解在5mL第一溶劑，環(huán)己酮中，得5mL聚苯乙烯溶液，該溶液的濃度為20g/L；(2)將100mL0.2mol/L的尿素水溶液加入到50mL0.2mol/L的Zn(NO3)2水溶液中，室溫下攪拌至均勻，混合溶液在95℃下攪拌6小時(shí)，降溫至室溫，混合溶液中加入50mL第二溶劑，甲醇，攪拌至均勻，得200mL堿式碳酸鋅溶液；(3)在堿式碳酸鋅溶液中滴加聚苯乙烯溶液，攪拌至均勻，得堿式碳酸鋅-聚苯乙烯溶液，將堿式碳酸鋅-聚苯乙烯溶液過濾、烘干，得0.810g的固態(tài)物質(zhì)；(4)將固態(tài)物質(zhì)在空氣中300℃煅燒4小時(shí)，得0.569g產(chǎn)物，納米氧化鋅/聚苯乙烯復(fù)合材料。
納米氧化鋅/聚苯乙烯復(fù)合材料作為光催化劑使污水光催化降解方法的實(shí)施例實(shí)施例7(1)將0.12g的復(fù)合材料加入到50mL10mg/L的甲基橙溶液中，攪拌均勻；(2)用15W普通照明用熒光燈光照，熒光燈與液面間距為10cm，用分光光度計(jì)測(cè)量反應(yīng)體系中甲基橙的濃度；(3)11小時(shí)后，甲基橙的降解率為50％。
實(shí)施例8(1)將0.20g復(fù)合材料加入到50mL100mg/L的甲基橙溶液中，攪拌均勻；(2)用15W普通照明用熒光燈光照，與液面間距為10cm，用分光光度計(jì)測(cè)量反應(yīng)體系中甲基橙的濃度；(3)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行11小時(shí)后，甲基橙的降解率為35％。
權(quán)利要求
1.一種納米氧化鋅/聚苯乙烯復(fù)合材料，其特征在于，由納米氧化鋅與聚苯乙烯復(fù)合而成，其中，納米氧化鋅與聚苯乙烯的重量比為1∶15～10∶1。
2.權(quán)利要求1所述的納米氧化鋅/聚苯乙烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，具體操作步驟(1)制備聚苯乙烯溶液將0.1g～6g的聚苯乙烯溶于第一溶劑中，得5mL～150mL的聚苯乙烯溶液，該溶液的濃度介于20g/L～40g/L，第一溶劑是任何一種能溶解聚苯乙烯的溶劑；(2)制備堿式碳酸鋅溶液將100mL0.2mol/L的尿素水溶液加入到50mL0.2mol/L的Zn(NO3)2水溶液中，室溫下攪拌至均勻，95℃下繼續(xù)攪拌6小時(shí)，降溫至室溫，混合溶液中加入50mL第二溶劑，攪拌均勻，得200mL堿式碳酸鋅溶液，第二溶劑是低級(jí)醇R-OH，其中R＝C1～C4；(3)制備固態(tài)物質(zhì)在(2)步得到的堿式碳酸鋅溶液中滴加(1)步得到的聚苯乙烯溶液，攪拌至均勻，得堿式碳酸鋅-聚苯乙烯溶液，將堿式碳酸鋅-聚苯乙烯溶液過濾、烘干，得0.810g～6.698g的固態(tài)物質(zhì)；(4)煅燒固態(tài)物質(zhì)，得產(chǎn)物煅燒(3)步得到的固態(tài)物質(zhì)，煅燒溫度為200℃～500℃，煅燒時(shí)間為2～5小時(shí)，得0.569g～4.905g的產(chǎn)物，納米氧化鋅/聚苯乙烯復(fù)合材料。
3.按照權(quán)利要求2所述的納米氧化鋅/聚苯乙烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，第一溶劑是丁酮、丙酮、環(huán)己酮、甲苯或硝基苯中的一種。
4.按照權(quán)利要求2所述的納米氧化鋅/聚苯乙烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，第二溶劑是甲醇或乙醇。
5.按照權(quán)利要求2所述的納米氧化鋅/聚苯乙烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，第一溶劑是丁酮、丙酮、環(huán)己酮、甲苯或硝基苯中的一種，第二溶劑是甲醇或乙醇。
6.權(quán)利要求1所述的納米氧化鋅/聚苯乙烯復(fù)合材料作為光催化劑使污水光催化降解方法，其特征在于，在可見光光源下，該復(fù)合材料使含甲基橙、蘇丹紅、苯酚、鄰苯二酚之類的污染物的污水光催化降解，該復(fù)合材料的加入量為每25mL污水加入30～100mg，污水的污染物濃度為1～100mg/L。
7.按照權(quán)利要求6所述的納米氧化鋅/聚苯乙烯復(fù)合材料作為光催化劑使污水光催化降解方法，其特征在于，所述的可見光光源是太陽、熒光燈、鹵燈、汞氙燈、金屬鹵化物燈、發(fā)光二極管或有機(jī)物燃燒火焰。
全文摘要
一種納米氧化鋅/聚苯乙烯復(fù)合材料及其制備方法，屬于納米材料加工和應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。該復(fù)合材料由納米氧化鋅與聚苯乙烯復(fù)合而成，其中，納米氧化鋅與聚苯乙烯的重量比為1∶15～10∶1。將聚苯乙烯溶于第一溶劑中，得聚苯乙烯溶液，第一溶劑是任何一種能溶解聚苯乙烯的溶劑；將尿素的水溶液加入Zn(NO
文檔編號(hào)C08K3/00GK1944519SQ200610027930
公開日2007年4月11日 申請(qǐng)日期2006年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月21日
發(fā)明者高海霞, 成榮明 申請(qǐng)人:華東師范大學(xué)