[发明专利]一种纳米氧化锌/铁酸锌/木粉三元复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种纳米氧化锌/铁酸锌/木粉三元复合材料及其制备方法和应用，属于纳米复合材料技术领域。该制备方法利用桑枝木粉制备ZnO基三元复合材料，采用低温NaOH/尿素溶液将桑枝木粉部分溶解，加入纳米铁酸锌和锌源，通过水热法原位复合制备纳米氧化锌/铁酸锌/桑枝木粉复合材料。本发明制备方法简单，溶剂NaOH/尿素价廉易得，桑枝木粉属于农林废弃物，实现废弃物资源化利用；制备的氧化锌/铁酸锌/木粉三元复合材料在紫外和可见光区都有吸收，且稳定，环保易回收。在作为光降解催化剂处理亚甲基蓝废水的处理方面，具有很好的实用性。

技术领域

本发明属于纳米复合材料技术领域，具体涉及一种纳米氧化锌/铁酸锌/木粉三元复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着世界各国经济的迅速发展，环境污染和能源短缺问题日益严重，水体中的有机污染物对人类健康和生态系统造成了严重威胁。半导体光催化剂能够通过氧化还原反应分解有机污染物，在降解处理污水有机物方面有良好的效果，逐渐成为人们关注的焦点。氧化锌(ZnO)因具有优异的光化学性质、廉价易得、无毒无害、化学性质稳定等优点，作为光催化剂广泛应用于污染水体治理。但是，ZnO的宽带隙(Eg＝3.37ev)阻碍了光激发，导致光响应范围窄，只能吸收紫外光，生成的电子-空穴对复合率高，难以回收再利用等缺陷限制了其发展。

铁酸锌是铁氧体的一种，它的化学分子式为ZnFe₂O₄，其带宽较窄(1.92eV)，具有比较好的可见光响应能力，优异的光化学稳定性以及磁可分离的特性，在光、热、电、磁等领域都有很好的应用潜力，但它的光催化能力较弱，光量子效率低，不能将污染物进行有效的降解。如果将ZnFe₂O₄与ZnO复合，ZnFe₂O₄吸收可见光后发生电子跃迁，激发态的电子传输到ZnO的导带后导致ZnO的禁带宽度降低，使其可利用的可见光范围扩大，从而扩展了ZnO的光谱响应范围，从而提高光催化性能。

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。将纳米ZnO和ZnFe₂O₄负载在有机或无机材料上，不仅可以扩展ZnO的光谱响应范围，提高光催化性能，还可以解决其制备过程中易团聚，应用中难分离等缺点。无机载体具有密度大(一般仅适用固定床反应器)的特点，限制了其在光催化工程中的应用；常用的有机聚合物载体如聚苯乙烯等，虽然克服了无机载体密度大的缺点，可适用于悬浮床反应器，但石油基聚合物不易降解和再生，环境友好性差。生物基有机材料进入人们的视线。周晓龙等将ZnO固定在再生纤维素上制备的纳米ZnO再生纤维素膜用于光降解甲基橙具有很好的效果。

桑枝木粉，主要成分为纤维素、半纤维素、木质素等，作为养蚕业的副产品，在我国都被焚烧或丢弃，造成严重的环境污染。据报道，纤维素上的羟基可以促进CuO等无机粒子成核、生长，负载在纤维素纤维表面。多糖类聚合物，如溶解的纤维素，淀粉等可促进纳米ZnO的生成。水热法是制备生物基纳米复合材料的有效方法之一。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种纳米氧化锌/铁酸锌/木粉三元复合材料，该材料在紫外光区和可见光区都有吸收，且稳定、环保易回收。本发明要解决的另一个技术问题是提供一种纳米氧化锌/铁酸锌/木粉三元复合材料的制备方法，所用溶剂NaOH/尿素价廉易得，原料桑枝木粉属于农林废弃物，可很好的实现废弃物资源化利用。本发明要解决的技术问题还有一个是提供一种纳米氧化锌/铁酸锌/木粉三元复合材料在可见光下光催化降解亚甲基蓝废水中的应用，光降解亚甲基蓝的去除效率大于98％；五次循环利用后，光催化降解率仍在90.0％以上。

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种纳米氧化锌/铁酸锌/木粉三元复合材料的制备方法，包括以下步骤：