CN102583507A - 一种纳米级氧化锌及其制法和用途 - Google Patents
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Abstract
一种纳米级花朵状氧化锌，它为纤锌矿型氧化锌，具有纳米级花状形貌，其尺寸在500-800nm，每个花瓣由尺寸更小的纳米棒组成，其比表面积为90 110m2·g-1。本发明的纳米级花朵状氧化锌具有花状形貌和比表面积大等特点。在光催化降解甲基橙中具有较高的活性，在污水处理中具有潜在的应用价值。本发明公开了其制法。
Description
技术领域
本发明涉及纳米级氧化锌材料及其制备方法。
背景技术
甲基橙(对二甲基氨基偶氮苯磺酸钠)是一种常用的偶氮类工业染料，由于难以进行生物降解因而对环境造成了非常严重的影响，近年来利用半导体材料光催化氧化降解污水中的有机染料已成为一个活跃的研究方向。在这些半导体材料中，氧化锌禁带宽度为3.2eV，在波长低于387.5nm的紫外光照射下，可产生光致电子-空穴对，从而具有良好的光催化活性。C.H.Ye等人研究了氧化锌纳米片对于包括甲基橙在内的各种有机染料的光催化降解，均取得了很好的效果。另外，氧化锌具有丰富的形貌，如纳米线、纳米片、纳米管、纳米花等，这为氧化锌在这一领域的应用提供了研究基础。如H.Huang等对各种不同形貌氧化锌的光催化性质进行了研究。
制备氧化锌的研究近年来取得了迅速的发展，制备方法层出不穷，总体来看，纳米氧化锌的制备方法可以分为两类：一种是基于固相热升华技术的气相沉积过程(PVD或CVD)，通过控制反应条件，如反应温度、载气流速、载气类型、选择不同的源物质或改变其组成，可以制备出不同形貌的纳米级氧化锌，但这类制备过程都需要高温以及复杂的仪器条件；另一种制备方法就是利用溶液中的化学方法来制备纳米氧化锌，同时随着水热/溶剂热技术及微波合成、超声合成技术的发展，越来越丰富的氧化锌纳米结构通过溶液方法制备出来，与气相沉积方法相比，溶液方法具有条件温和、设备简单等优点，因而是非常有应用前景的制备手段。目前溶液法使用的辅助剂多种多样，如十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、六次甲基四胺(HMT)等，但尚未见以葡聚糖为辅助剂制备纳米级氧化锌的报道。
我们通过一种简易的方法，成功制备了一种纳米级氧化锌材料。由于该方法合成原料易得，操作简单，无特殊设备要求，使其在光催化处理污水领域有着良好的应用前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种纳米级氧化锌材料及其制备方法和用途。以葡聚糖为辅助剂，采用简单的沉淀法，所制备的纳米级氧化锌材料具有花状形貌、比表面积大、光催化降解甲基橙效率高等特点。
本发明的原理如下：葡聚糖存在许多羟基，可以与其它高电负性的元素形成氢键，当溶液中ZnO晶核一旦形成时，葡聚糖即与氧化锌晶核表面的O2-形成氢键，因而每个氧化锌晶核就被若干个葡聚糖分子所包围，限制了其生长，从而形成非常小的ZnO晶核。葡聚糖可以与(000-1)面的O2-形成氢键，从而减慢(000-1)面的生长；而(0001)面为Zn2+，不能与葡聚糖形成氢键，生长不受阻碍，因此沿[0001]方向生长成组成花瓣的小棒，由中心向外发散生长。
本发明的技术方案如下：
一种纳米级花朵状氧化锌，它为纤锌矿型氧化锌，具有纳米级花状形貌，其尺寸在500-800nm，每个花瓣由尺寸更小的纳米棒组成，其比表面积为90-110m2·g-1。
一种制备上述的纳米级花朵状氧化锌的方法，它是将二水合醋酸锌Zn(CH3COO)2·2H2O与不同质量的葡聚糖溶于水中，磁力搅拌30min后缓慢滴加0.5mol·L-1氢氧化钠水溶液，各物质的用量比为：二水合醋酸锌∶水∶0.5mol·L-1氢氧化钠水溶液＝1mmol∶40ml∶18ml，在油浴中将溶液升温至90℃，老化1h，冷却至室温，产物离心分离，用水及无水乙醇各洗涤多次后，40℃下干燥，即得到纳米级花朵状氧化锌。
本发明的纳米级花朵状氧化锌作为光催化降解有机染料的催化剂，具有较高的光催化降解染料污水的催化效率。
本发明的纳米级花朵状氧化锌具有纳米级花状形貌、比表面积大和光催化活性高等特点。本发明的制备纳米级氧化锌方法，由于原料便宜易得，操作简单，设备要求不高，使其在在污水处理领域有着良好的潜在应用前景。
本发明所采用的制备方法的优点：
1.方法简便，设备简单，污染少；
2.所得氧化锌材料具有花状形貌，比表面积大，光催化效率高。
附图说明
表1为制备的纳米ZnO的比表面积。
图1为制备的纳米级花朵状ZnO的XRD结果。
图2为制备的纳米级花朵状ZnO的SEM结果：(a)ZnO(N)；(b)ZnO(D-0.1)；(c)ZnO(D-0.5)；(d)ZnO(D-1)；(e，f)ZnO(D-2)。
图3为本发明的纳米级花朵状ZnO的光催化降解甲基橙活性结果。
具体实施方式
实施例1.以0.1g葡聚糖为辅助剂的纳米级花朵状氧化锌的制备
将0.22g醋酸锌Zn(CH3COO)2·2H2O(1mmol)与0.1g葡聚糖溶于40mL水中，磁力搅拌30min后缓慢滴加18mL的0.5mol·L-1氢氧化钠水溶液，在油浴中将溶液升温至90℃，老化1h，冷却至室温，产物离心分离，用水及无水乙醇各洗涤多次后，40℃下干燥。所得纳米级花朵状氧化锌标记为ZnO(D-0.1)，其比表面积见表1，其XRD测定结果见图1，SEM测定结果见图2。
表1
实施例2.以0.5g葡聚糖为辅助剂的纳米级花朵状氧化锌的制备
将0.22g醋酸锌Zn(CH3COO)2·2H2O(1mmol)与0.5g葡聚糖溶于40mL水中，磁力搅拌30min后缓慢滴加18mL的0.5mol·L-1氢氧化钠水溶液，在油浴中将溶液升温至90℃，老化1h，冷却至室温，产物离心分离，用水及无水乙醇各洗涤多次后，40℃下干燥。所得纳米级花朵状氧化锌标记为ZnO(D-0.5)，其比表面积见表1，其XRD测定结果见图1，SEM测定结果见图2。
实施例3.以1g葡聚糖为辅助剂的纳米级花朵状氧化锌的制备
将0.22g醋酸锌Zn(CH3COO)2·2H2O(1mmol)与1g葡聚糖溶于40mL水中，磁力搅拌30min后缓慢滴加18mL的0.5mol·L-1氢氧化钠水溶液，在油浴中将溶液升温至90℃，老化1h，冷却至室温，产物离心分离，用水及无水乙醇各洗涤多次后，40℃下干燥。所得纳米级花朵状氧化锌标记为ZnO(D-1)，其比表面积见表1，其XRD测定结果见图1，SEM测定结果见图2。
实施例5.以2g葡聚糖为辅助剂的纳米级花朵状氧化锌的制备
将0.22g醋酸锌Zn(CH3COO)2·2H2O(1mmol)与2g葡聚糖溶于40mL水中，磁力搅拌30min后缓慢滴加18mL的0.5mol·L-1氢氧化钠水溶液，在油浴中将溶液升温至90℃，老化1h，冷却至室温，产物离心分离，用水及无水乙醇各洗涤多次后，40℃下干燥。所得纳米级花朵状氧化锌标记为ZnO(D-2)，其比表面积见表1，其XRD测定结果见图1，SEM测定结果见图2。
实施例6.不使用葡聚糖为辅助剂的纳米级氧化锌的制备
将0.22g醋酸锌Zn(CH3COO)2·2H2O(1mmol)溶于40mL水中，磁力搅拌30min后缓慢滴加18mL的0.5mol·L-1氢氧化钠水溶液，在油浴中将溶液升温至90℃，老化1h，冷却至室温，产物离心分离，用水及无水乙醇各洗涤多次后，40℃下干燥。所得氧化锌标记为ZnO(N)，其比表面积见表1，其XRD测定结果见图1，SEM测定结果见图2。
实施例7.本发明的纳米级氧化锌的光催化降解甲基橙性能测试
配制10mol·L-1甲基橙水溶液，取100mL上述溶液于烧杯中并放入所制备的氧化锌20mg，超声分散5min后，置于暗处磁力搅拌30min使之达到吸附平衡，然后将烧杯放在光催化装置下方，液面距离紫外灯7.5cm，紫外灯功率为125W，每隔10min取出5mL溶液离心分离除去催化剂，吸取清液进行UV-1750紫外-可见光谱分析，扫描波长为462nm。甲基橙降解效率采用光照后甲基橙平衡浓度(C)与光照前甲基橙初始浓度(C0)的比值来表示，其结果见图3。
Claims (3)
1.一种纳米级花朵状氧化锌，其特征是：它为纤锌矿型氧化锌，具有纳米级花状形貌，其尺寸在500-800nm，每个花瓣由尺寸更小的纳米棒组成，其比表面积为90-110m2·g-1。
2.一种制备权利要求1所述的纳米级花朵状氧化锌的方法，其特征是：它是将二水合醋酸锌与不同质量的葡聚糖溶于水中，磁力搅拌30min后缓慢滴加0.5mol·L-1氢氧化钠水溶液，各物质的用量比为：二水合醋酸锌∶水∶0.5mol·L-1氢氧化钠水溶液＝1mmol∶40ml∶18ml，在油浴中将溶液升温至90℃，老化1h，冷却至室温，产物离心分离，用水及无水乙醇洗涤，40℃下干燥，即得到纳米级花朵状氧化锌。
3.权利要求1所述的纳米级花朵状氧化锌作为光催化剂在光催化降解有机染料污水中的应用。
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