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文献综述
目前在全球范围内每年近10万吨染料物质被释放到环境中,其中偶氮类染料对人类和动物的肝脏、肾脏、中枢神经系统和血有不良损害与影响,严重影响到人类的生存和发展,因此,从废水中去除偶氮类染料势在必行。当今研究发现纳米粒子可催化还原或降解偶氮类染料,其中纳米氧化锌(ZnO)被美国FDA列为“公认安全”的物质,使其在对偶氮类染料废水处理方面更具优势。由于纳米 ZnO 粒子小、表面能高,粉体极易团聚而影响其催化性能,且在废水处理过程中存在难回收再利用问题。
单从纤维素来看,为自然界中含量最多,分布最广的天然可再生资源之一,其不仅来源非常丰富,而且无毒害、可再生、可生物降解,已成为当今研究的热点。相比于合成高分子,纤维素的来源广泛,具有低成本、可再生、无毒、无污染、易于改性及可生物降解等优点,被认为是未来世界能源和化工的主要原料之一。纳米纤维素被定义为一种至少有一维尺寸达到纳米级的纤维素材料,它们总体上分为两大类,分别为用酸或酶水解的方法制备出的长宽均为纳米级别的棒状纳米纤维素,即纳米纤维素晶体和用物理机械方法制备出的宽为纳米级别而长度可为微米级别的网状纳米纤维素,即纤维素纳米纤丝。
【1.2】而纳米氧化锌具有表面与界面效应、量子尺寸效应、体积效应和宏观量子隧道效应以及高透明度,高分散性等特点,使其在化学、光学、生物和电学等方面表现出许多独特优异的物理和化学性能而得到关注。【3-5】将纳米ZnO粒子和纤维素结合制备复合材料,综合合了纤维素和纳米ZnO材料的优点,不仅能拓宽综合利用木质纤维原料提供有效的途径和新方法,同时可以解决纳米 ZnO在废水处理过程中团聚和难回收再利用的问题,Al掺杂ZnO提高氧化锌的透明性,增强了材料整体的光催化能力。因此,以铝掺杂纳米ZnO/纤维素复合材料在偶氮类染料废水处理领域具有巨大的应用前景。
目前来看国内外对于纳米氧化锌的制备工艺方法多样。欧阳成等【6】对现如今制备纳米氧化锌制备现状进行总结,主要有以下几种方法:固相法、液相法、气相法。液相法是选择1种或多种可溶性金属盐类,按所制备的材料组成计量配制溶液, 使各元素呈离子或分子态, 再选择 1 种合适的沉淀剂或用蒸发、升华、水解等方法 ,使金属离子均匀沉淀或结晶出来,最后将沉淀或结晶物脱水或加热分解得到所需粉体材料。气相法是直接利用气体, 或者通过各种手段将反应物转变为气体 , 使之在气体状态下发生物理或化学反应, 最后在冷却过程中凝聚长大形成纳米粒子。气相法可以分为化学气相沉积法 、喷雾热分解法等。液相法又可分为微乳液法 、沉淀法 、溶胶-凝胶法 、溶剂热反应法等。固相法是把金属盐或金属氧化物按配方充分混合 ,研磨后再进行煅烧使发生固相反应,直接得到或再研磨后得到超细粉。
王肖鹏等【7】以六水硝酸锌和尿素为原料,采用均匀沉淀法,用尿素作为沉淀剂,在水溶液中加热生成碳酸和氨,进一步电离可生成沉淀离子CO32-和OH-,沉淀离子与溶液中锌离子反应生成碱式碳酸锌沉淀。通过控制反应物浓度、反应温度和煅烧温度,制备不同平均粒径的纳米氧化锌。
李艳等【8】以均匀沉淀法作为纳米氧化锌的制备方法,通过单因素实验和正交实验,系统地分析了溶液水解反应温度、水解反应时间、原料摩尔配比、煅烧温度等对氧化锌粉体产率和粒径的影响。结果表明,最佳工艺是:以直接混合的方式混合原料液,聚乙二醇-400作表面活性剂,反应温度90℃,原料摩尔配比c(尿素)/c(硝酸锌)=3∶1,反应时间5.5h,前驱体碱式碳酸锌的最佳煅烧温度为500℃。通过所制得纳米氧化锌的XRD、SEM的粒径分析,证明了所制得的纳米氧化锌晶形为六方晶相,纯度大于99.9%、平均粒径约为68nm,产率为89.6%。
纳米氧化锌的应用研究与其他纳米材料一样处于初级阶段,诸如纳米氧化锌的杀菌技术;纳米氧化锌光催化剂的寿命、再生、回收;光催化剂氧化反应器工业化设计与开发等研究都需要深入进行。【9】目前国内外对于纳米氧化锌的应用趋向于复合材料的制备,在不同领域结合不同的基材制备复合材料,充分发挥纳米氧化锌的优点的同时,通过基材来弥补其应用上的部分缺陷。
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