一种ZnO/Ni(iso-PeO)8/纳米纤维素复合光催化剂及其制备方法

本发明涉及无机有机生物质复合光催化材料及其制备方法。

背景技术：

1、光催化剂的种类较多，如无机光催化剂与有机光催化剂，大部分有机材料具有成本低、吸光系数高以及比表面积大等优点，如酞菁，但有机光催化剂的催化效率低和宽带隙，限制了有机材料在光催化上的应用。而大部分无机材料具有高效率、窄带隙以及良好的光学性能，如氧化锌，但无机材料的低韧性和较差的分散性限制了其在光催化上的应用。

技术实现思路

1、本发明是要解决现有的以氧化锌(zno)作为光催化剂的光谱响应范围窄、载流子复合率高和以酞菁作光催化剂易聚集、比表面积小、催化效率低的技术问题，而提供一种zno/ni(iso-peo)8/纳米纤维素复合光催化剂及其制备方法。

2、本发明的zno/ni(iso-peo)8/纳米纤维素复合光催化剂，是在纳米纤维素(cnf)上负载复合半导体材料zno/ni(iso-peo)8，其中复合半导体材料zno/ni(iso-peo)8中zn与ni的摩尔比为(4.3～4.8)：1；纳米纤维素(cnf)的质量占zno/ni(iso-peo)8/纳米纤维素复合光催化剂质量的3％～5％。

3、上述的zno/ni(iso-peo)8/纳米纤维素复合光催化剂的制备方法，按以下步骤进行：

4、一、将乙酸锌加入到去离子水中，磁力搅拌使其溶解，然后加入氢氧化钠，再加入十六烷基三甲基溴化铵(ctab)持续搅拌至溶解，得到混合均匀的透明溶液；再将透明溶液加入到水热釜中，把水热釜放在温度为110～120℃的炉中反应4～6h，反应得到的产物经离心清洗、干燥，得到zno粉末；

5、二、按1g zno粉末加入1.5×10-3～1.7×10-3mol的3,6-二羟基邻苯二甲腈、0.33～0.37g的无水氯化镍、15～20ml异戊醇和0.15～0.20ml1,8-二氮杂双环[5,4,0]十一-7-烯(dbu)的比例，称取zno粉末、3,6-二羟基邻苯二甲腈、无水氯化镍、异戊醇和dbu；先将3,6-二羟基邻苯二甲腈和无水氯化镍加入到反应器中，再加入异戊醇，溶解后加入dbu，最后加入zno粉末，混合均匀后，将反应器置于交变磁场中，在氮气保护下加热至沸腾回流7～8小时，反应结束后旋转蒸发去除大部分的异戊醇，再加入甲醇抽滤、洗涤，层析柱分离，得到蓝绿色zno/ni(iso-peo)8粉；

6、三、将步骤二的析出的zno/ni(iso-peo)8粉溶于氯仿中，然后加入纳米纤维素(cnf)，超声震荡30～40分钟，得到混合液；将混合液冷冻干燥，得到zno/ni(iso-peo)8/纳米纤维素复合光催化剂。

7、更进一步地，步骤一中所述的乙酸锌、十六烷基三甲基溴化铵与氢氧化钠的摩尔比为1：1：(2～3)。

8、更进一步地，步骤三中所述的反应器置于交变磁场中，是将螺线管以单层的方式紧密缠绕于反应器上，螺线管长度的l＝15cm，直径d＝5.6cm，线圈匝数n＝70，螺线管导线线径为2mm，螺线管两端施以50～1000hz的交变电压信号，以获得交变磁场。

9、更进一步地，步骤三中zno/ni(iso-peo)8粉与纳米纤维素(cnf)的质量比为1：(0.03～0.05)。

10、更进一步地，步骤三中所述的冷冻干燥的温度为-45～-20℃。

11、本发明的zno/ni(iso-peo)8/纳米纤维素复合光催化剂，是由无机与有机组分组成的无机-有机杂化材料，它不仅保留了无机与有机组分的原有性质，而且界面处组分之间的协同作用，提高的载流子传输能力和光吸收能力，从而提高其光催化效果。同时光催化剂能否受光激发产生电子空穴对也与其禁带宽度有关，禁带宽度越窄，光吸收范围越广，受光激发越容易。

12、本发明的zno/ni(iso-peo)8/纳米纤维素复合光催化剂是以zno表面配位未饱和锌离子作为“模板”，以3,6-二羟基邻苯二甲腈作为“分子碎片”，以异戊醇为反应溶剂，利用dbu液相催化法，在亲水性zno表面，原位合成疏水性八异戊氧基酞菁镍(ni(iso-peo)8)，并同步将其负载于纤维素纤维上。测试本发明的zno/ni(iso-peo)8/纳米纤维素复合光催化剂发现该材料具有带隙窄的优点，更有利于光的吸收，利用本发明的光催化剂对亚甲基蓝溶液进行降解，在紫外灯照射60分钟条件下，对亚甲基蓝溶液的降解率能达到98.5％，并具有稳定性好、重现性高的优点，得到的复合光催化剂经过测试发现具有带隙窄的优点，更有利于光的吸收，光催化效果较高。

13、本发明的zno/ni(iso-peo)8/纳米纤维素复合光催化剂以生物质为原料，来源广泛、储量丰富、低污染、可再生，制备成本低。本发明的复合光催化剂可用于光催化领域。

技术特征：

1.一种zno/ni(iso-peo)8/纳米纤维素复合光催化剂，其特征在于，该复合光催化剂是在纳米纤维素上负载复合半导体材料zno/ni(iso-peo)8，其中复合半导体材料zno/ni(iso-peo)8中zn与ni的摩尔比为(4.3～4.8)：1；纳米纤维素的质量占zno/ni(iso-peo)8/纳米纤维素复合光催化剂质量的3％～5％。

2.制备权利要求1所述的一种zno/ni(iso-peo)8/纳米纤维素复合光催化剂的方法，其特征在于，该方法按以下步骤进行：

3.根据权利要求2所述的一种zno/ni(iso-peo)8/纳米纤维素复合光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤一中所述的乙酸锌、十六烷基三甲基溴化铵与氢氧化钠的摩尔比为1：1：(2～3)。

4.根据权利要求2或3所述的一种zno/ni(iso-peo)8/纳米纤维素复合光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤三中所述的反应器置于交变磁场中，是将螺线管以单层的方式紧密缠绕于反应器上，螺线管长度的l＝15cm，直径d＝5.6cm，线圈匝数n＝70，螺线管导线线径为2mm，螺线管两端施以50～1000hz的交变电压信号，以获得交变磁场。

5.根据权利要求2或3所述的一种zno/ni(iso-peo)8/纳米纤维素复合光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤三中zno/ni(iso-peo)8粉与纳米纤维素的质量比为1：(0.03～0.05)。

6.根据权利要求2或3所述的一种zno/ni(iso-peo)8/纳米纤维素复合光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤三中所述的冷冻干燥的温度为-45～-20℃。

技术总结
一种ZnO/Ni(iso‑PeO)<subgt;8</subgt;/纳米纤维素复合光催化剂及其制备方法，它涉及无机有机生物质复合光催化材料及其制备方法。本发明是要解决现有的以氧化锌作为光催化剂的光谱响应范围窄、载流子复合率高和以酞菁作光催化剂易聚集、比表面积小、催化效率低的技术问题。本发明的复合光催化剂是在纳米纤维素上负载复合半导体材料ZnO/Ni(iso‑PeO)<subgt;8</subgt;。制法：先制备ZnO粉末；再在交变磁场中制备ZnO/Ni(iso‑PeO)<subgt;8</subgt;粉，然后将其溶于氯仿中，再加入纤维素超声震荡、冷冻干燥，得到复合光催化剂。用紫外灯照射60分钟，该复合光催化剂对亚甲基蓝溶液的降解率达到98.5％，可用于光催化领域。

技术研发人员：李赞
受保护的技术使用者：哈尔滨学院
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6