[发明专利]一种基于NaOH/尿素溶液的纳米ZnO纤维素复合材料的水热制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种基于NaOH/尿素溶液的纳米ZnO纤维素复合材料的水热制备方法及应用，该方法为：在NaOH/尿素的纤维素溶液中，采用水热法原位复合制备获得纳米ZnO纤维素复合材料。本发明的基于NaOH/尿素溶液的纳米ZnO纤维素复合材料的水热制备方法，纤维素溶解后，其分子上的羟基与锌离子结合，克服了锌源不易渗透进入载体的缺点，且所用溶剂NaOH/尿素价廉易得，水热合成温度明显降低。所述纳米ZnO纤维素复合材料含有47.5%ZnO；对光降解废水中的苯酚具有较高的去除效率，本发明制备的ZnO纤维素复合材料，廉价环保，作为光降解催化剂，在苯酚废水的处理方面，具有很好的实用性。

技术领域

本发明属于纳米ZnO纤维素复合材料技术领域，具体涉及一种基于NaOH/尿素溶液的纳米ZnO纤维素复合材料的水热制备方法及应用。

背景技术

氧化锌(ZnO)是一种独特的宽禁带直接带隙半导体氧化物，室温下禁带宽度为3.37eV，宽的禁带宽度、高击穿强度和饱和电子迁移率，使其具有优异的电性能，被广泛应用于太阳能电池的光阳极材料和高性能晶体管等领域。ZnO纳米材料由于其纳米效应，在力学、光电、压电、气敏、催化等方面的性能得到了很大的改善，并且显示出一些新的物理特性，比如良好的光催化性能、优异的场发射性能、优越的吸波性能以及好的掺杂稀磁性等，这些特性使纳米氧化锌在光催化剂、光学器件、电子器件、场发射器件、光伏器件、压电器件、吸波材料、生物医用材料等应用方面显示了巨大的潜力。

在材料科学领域中，复合材料在性能上取长补短，产生协同效应，在诸多领域如工业、生物医学领域等显示出极大的应用前景。纳米ZnO微粉具有优越的抗菌、光催化以及吸附性能，与纤维素结合，可以提高纤维素在其他方面的应用，同时可以克服ZnO易团聚，难分离等缺点。目前，纳米ZnO/纤维素复合材料的制备方法主要有两类：一是以纤维素或纤维素膜为载体，将锌源(如硝酸锌、醋酸锌等)负载在载体上，最后将锌源转化成纳米氧化锌，得到纳米ZnO/纤维素复合材料；二是先制备得到纳米ZnO，然后将纳米ZnO分散在纤维素或纤维素衍生物(如醋酸纤维素等)的溶液中，最后将纤维素或纤维素衍生物析出，得到出纳米ZnO/纤维素复合材料。以上两类方法都有其缺点：第一类，以纤维或膜为载体，锌源不易渗透进入载体；第二类，需要选用纤维素或纤维素衍生物的溶剂，造成环境污染；且纳米ZnO颗粒不易均匀分散在纤维素或纤维素衍生物溶液中，且对纺丝成纤维或成膜过程造成不利的影响。得到的复合材料一般以纤维素应用为主，ZnO含量较少，抗菌性作用的研究为主。

Bagheri等将纤维素溶解在1-丁基-3-甲基咪唑氯盐[C₄mim]Cl中，原位复合制备纤维素-ZnO纳米复合材料，虽然克服了锌源不易渗透进入载体的缺点，但是离子液体成本太高，难以应用。

发明内容

发明目的：针对上述方法存在的不足，本发明的目的是提供一种基于NaOH/尿素溶液的纳米ZnO纤维素复合材料的水热制备方法，将纤维素溶解在NaOH/尿素溶液中，加入锌源，水热法原位复合制备ZnO纤维素纳米复合材料，通过控制反应条件制备纳米ZnO纤维素复合材料，并将其应用在光催化降解苯酚废水。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于NaOH/尿素溶液的纳米ZnO纤维素复合材料的水热制备方法，在NaOH/尿素的纤维素溶液中，采用水热法原位复合制备获得纳米ZnO纤维素复合材料。

所述的基于NaOH/尿素溶液的纳米ZnO纤维素复合材料的水热制备方法，具体操作是：取50g配制好预冷至－12℃的NaOH/Urea的水溶液，加入微晶纤维素，迅速搅拌至溶解，滴入1mol/L的锌盐溶液，搅拌陈化30min后，用2％的H₂SO₄溶液调节pH值，转移至水热反应釜中反应，结束后取出用蒸馏水洗3遍，70℃烘箱中烘干称重得到纳米ZnO纤维素复合材料。