【摘 要】
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在众多的半导体光催化剂中,ZnO因成本低廉且具有良好的光催化性能引起了广泛的关注。但在实际应用中,纳米ZnO因尺寸小,从而难以回收再利用,因此,将ZnO纳米材料与聚丙烯腈、氧化铝、炭材料等特定载体相复合解决其工业化应用。纤维素是由葡萄糖单元通过β-1,4-糖苷键连接而成的线性高分子,其可再生、廉价、易降解、含量丰富,受到材料学者的青睐。以纤维素为载体负载ZnO不仅解决了纳米ZnO难以回收利用的问题
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在众多的半导体光催化剂中,ZnO因成本低廉且具有良好的光催化性能引起了广泛的关注。但在实际应用中,纳米ZnO因尺寸小,从而难以回收再利用,因此,将ZnO纳米材料与聚丙烯腈、氧化铝、炭材料等特定载体相复合解决其工业化应用。纤维素是由葡萄糖单元通过β-1,4-糖苷键连接而成的线性高分子,其可再生、廉价、易降解、含量丰富,受到材料学者的青睐。以纤维素为载体负载ZnO不仅解决了纳米ZnO难以回收利用的问题,同时也实现了纤维素的高值利用。目前,纳米ZnO/纤维素复合材料中ZnO主要是以前驱体Zn(OH)2或Zn(OH)42-脱水得到。本文采用纤维素的Zn Cl2水溶液为原料,氢氧化钠水溶液为析出剂和反应试剂,先制备出碱式氯化锌/再生纤维素薄膜,然后通过低温水热将碱式氯化锌转化为纳米ZnO。考察了析出温度,析出时间对于碱式氯化锌/再生纤维素薄膜制备的影响。水热温度,水热时间对于纳米ZnO/再生纤维素薄膜制备的影响。对制备的碱式氯化锌/再生纤维素以及纳米ZnO/再生纤维素薄膜的物理结构和光催化性能进行了表征。同时研究了在水热条件下碱式氯化锌转化为ZnO的机理。研究结果如下:1)析出时间一定时,较低的析出温度有利于薄膜样品中Zn5(OH)8Cl2·H2O的生成;当析出温度为40℃时,Zn5(OH)8Cl2·H2O完全转化为ZnO。析出温度一定时,随着析出时间的延长生成的Zn5(OH)8Cl2·H2O会逐渐转化为ZnO。析出温度为20℃,析出时长为6 h,薄膜样品中碱式氯化锌的含量最高,为78.3%。其形貌为不规则的片状。2)水热时间为1 h时,随着水热温度的升高,薄膜样品中ZnO的形貌由片状变成棒状,最终转化为颗粒状,ZnO的含量变化不明显,约为67%。水热温度为100℃时,随着水热时间的延长,薄膜样品中ZnO的形貌由片状变为棒状,ZnO的含量先增大后减小。含有规整六方形ZnO纳米片的薄膜对甲基橙(MO)的光催化效果最好,1 g NZRC-0.5在40 min内将1.53×10-5 mol MO完全降解。3)Zn5(OH)8Cl2·H2O在水热条件下直接转化为ZnO。水热温度为100℃,水热时间为0.5 h时,纤维素的存在促进了Zn5(OH)8Cl2·H2O转化为ZnO。水热时间为0.5 h和1 h时,有纤维素存在时可得到片状ZnO。用水量对Zn5(OH)8Cl2·H2O转化为ZnO的影响较大,用水量的升高有利于Zn5(OH)8Cl2·H2O转化为ZnO。综上所述,以纤维素的Zn Cl2水溶液为原料,氢氧化钠水溶液为析出剂和反应试剂,可制得碱式氯化锌与再生纤维素相复合的薄膜。碱式氯化锌/再生纤维素在低温水热条件下可直接转化为纳米ZnO/再生纤维素。再生纤维素的存在不仅可以提高Zn5(OH)8Cl2·H2O转化为ZnO的反应速率,而且有利于ZnO纳米片的形成。ZnO纳米片/再生纤维素薄膜对甲基橙的光催化降解效果好于ZnO纳米棒、纳米颗粒/再生纤维素薄膜。
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