本发明专利技术公开了一种制备具有光催化活性的纳米ZnS/纤维素复合膜的方法，先采用NMMO工艺制备出纯棉浆纤维素膜，然后采用液体浸渍法制备纳米ZnS/纤维素复合膜，利用来源丰富、安全无毒及成本低廉的可再生资源作为原材料，制备纤维素基复合材料；工艺流程简单、制备过程绿色环保、无污染，所得到的纳米ZnS/纤维素复合膜具有良好的紫外吸收光催化降解水体污染物性能；同时保留纯纤维素膜的特性，如良好的耐化学稳定性及热稳定性等；还具有良好的光电和光催化性能，广泛应用于光电器件、发光材料、污水处理材料及生物医用材料等。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无机纳米半导体ZnS颗粒与天然有机高分子纤维素膜相结合，制备出具有光催化功能的纳米ZnS/纤维素复合膜，可有效光催化降解污水中有机染料，可广泛应用于化工、生物医用及环保等领域。
技术介绍
无机纳米ZnS粒子是一种重要的金属硫系半导体材料，具有独特的量子尺寸效应、体积效应、表面效应及量子隧道效应等特性，在电学、光学、磁学、力学及催化等领域呈现出许多优异的性能，有着广阔的应用前景。无机纳米ZnS具有安全无毒、3.6?3.8eV之间的宽带隙、强吸收性及优异的光电催化性能，被广泛做为发光材料、非线性光学材料及光催化材料等。但由于纳米ZnS粒径小、表面能大等特点易引起团聚；另外，由于其水溶性差，难以均匀地分散在水溶液中；同时，纳米粒子光催化剂材料在分离和回收处理方面仍存在很大问题。因而，ZnS纳米半导体材料在光催化领域的实际应用中受到很大的限制。为解决以上问题，需要制备出一种高效、经济及环保的光催化材料。如:Zhang Guanghui等使用蛋壳膜(ESM)作为ZnS的基体材料，采用液体浸渍法成功制备了具有光催化活性的ZnS/蛋壳膜复合材料。众所周知，纤维素是自然界中最丰富的可再生资源之一，具有安全无毒、成本低廉、成膜性好、化学稳定性及热稳定性好等优点，广泛应用于包装、化工、水处理及生物医用等方面，是理想的绿色环保材料，可以作为一种有效的有机尚分子基底材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，包括降低成本、有限的技术支持及环保要求等方面，提供一种具有光催化活性的纳米ZnS/纤维素复合膜材料及其制备方法。本专利技术工艺流程简单、环保无污染、易于操作、价格低廉、不需要使用昂贵的仪器及复杂的操作步骤，易于推广；同时，制备的纳米ZnS/纤维素复合膜材料具有良好的紫外光催化降解有机污染物的性质。本专利技术将无机纳米ZnS颗粒和天然植物纤维素再生膜首次复合，制备了具有光催化活性的ZnS/纤维素复合膜材料。为无机纳米材料选择有机高分子纤维素膜作为载体材料，有利于改善无机纳米ZnS粒子的稳定性差和易于团聚的问题，提高催化剂的催化活性，并且有利于催化剂的分离和回收。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案:，其特征在于通过采用NMMO工艺制备纯纤维素膜，然后采用液体浸渍法原位合成ZnS粒子而制备纳米ZnS/纤维素复合膜材料，包括以下步骤:步骤⑴:纯纤维素膜的制备纤维素膜中纤维素为木浆纤维素、棉浆纤维素或草浆纤维素中的一种或两种混合，将经粉碎处理的原材料纤维素加入到含有经浓缩的含水量约为13.3%的NMMO溶剂和质量为纤维素质量0.5?1.5%的抗氧化剂中，配制成纤维素铸膜液，所得棉浆纤维含量为铸膜液质量的5?11 % ;搅拌均匀，溶胀0.5?3.0个小时，置于100?120°C的真空干燥箱中溶解完全，待溶液呈琥珀色、均匀透明的溶液时，在60?80°C下真空脱泡2?5h，刮膜；随后，经凝固浴及水洗浴处理，得到湿的纯纤维素膜，其中凝固浴及水洗浴是在20?40°C去离子水中进行；步骤⑵:纳米ZnS/纤维素复合膜材料的制备将步骤⑴中所得湿膜裁剪成一定大小的膜，浸泡到Zn前驱体溶液中，反应3?6h后，取出并用去离子水冲洗；然后再将其浸入含S前驱体溶液中，反应3?6h后，取出并用去离子水冲洗；以上过程为一个循环周期，浸渍完成后，将样品置于室温下自然干燥，得到浸渍一次具有光催化活性的纳米ZnS/纤维素复合膜材料。所述的步骤(I)中原材料纤维素为农业废弃物或者植物纤维素。所述的步骤(I)中所述的农业废弃物为芦苇、秸杆、麦杆、稻草、甘蔗渣、稻壳、花生壳。所述的步骤⑴中溶剂NMMO的纯化处理过程如下:取一定量市售的含水量为50?60%的NMMO装入旋转蒸发仪中，在真空度为-0.08?-0.1MPa，温度为90?95 °C的条件下，旋转蒸发出一定量的水，直到NMMO含水量为13.3%为止，得到溶解纤维素的NMM0.H20 溶剂。所述的步骤(I)中抗氧化剂为抗坏血酸或没食子酸。所述的步骤(2)使用的Zn前驱体溶液为水溶性的锌源，S前驱体溶液为水溶性的硫源。所述的水溶性的锌源为硫酸锌溶液、氯化锌溶液、醋酸锌溶液中的一种；水溶性的硫源为硫化钠溶液、硫代硫酸钠溶液、硫代乙酰胺溶液中的一种。所述的Zn前驱体溶液与S前驱体溶液的摩尔浓度之比为1:1。本专利技术中使用的抗氧化剂为最常用的抗氧化剂一一抗坏血酸，也称为维生素C。本专利技术方法制备的是具有光催化活性的纳米ZnS/纤维素复合膜材料。将上面所述方法制备的具有光催化活性的纳米ZnS/纤维素复合膜材料，在紫外光的照射下，可用于降解废水中的有机染料。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点:1.所用的原材料为可再生的天然高分子纤维素，这种多羟基的高分子聚合物具有良好的物理和化学改性的活性，且纤维素来源广泛，价格低廉；2.纤维素膜的制备工艺采用的是一种新型的绿色生产工艺一NMMO工艺，此工艺溶剂为ΝΜΜ0，该溶剂无毒无污染，可回收；工艺流程简单、化学原料使用量和能耗较低，是一种纯物理过程的绿色生产工艺；3.纳米ZnS粒子在纤维素膜上发生原位合成，该反应在常温下进行，条件温和，操作方便；4.具有光催化活性的纳米ZnS/纤维素复合膜材料作为光催化剂时，易于分离和回收；5.本专利技术中的具有光催化活性的纳米ZnS/纤维素复合膜材料的制备工艺简单、易于操作、设备简单、成本低廉、易于推广。【附图说明】图1为本专利技术所得到的重复浸渍4次的纳米ZnS/纤维素复合膜随接触时间变化的紫外光催化降解甲基橙的吸收变化图。图2本专利技术所得到的纳米ZnS/纤维素复合膜紫外光催化降解甲基橙的降解率图。图中:a?h代表光催化实验中的不同的取样时间，即:0min, 20min, 40min, 60min，80min, 10min, 120min, 150min ；C1代表浸渍I次的膜试样；C2代表浸渍2次的膜试样；C3代表浸渍3次的膜试样；C4代表浸渍4次的膜试样。【具体实施方式】本专利技术中，NMMO溶剂为氮甲基吗啉氧化物溶剂。实施例1:1.纤维素膜的制备将经粉碎处理后的2g棉浆纤维素、木浆纤维素或草浆纤维素中的一种加入到含有经浓缩的31g含水量约为13.3%的NMMO溶剂和0.02g抗坏血酸(质量约为纤维素量的1% )的烧杯中，配制成纤维素含量约为6%的铸膜液，搅拌均匀；溶胀2h后，置于110°C的真空干燥箱中溶解完全，待溶液呈琥珀色、均匀透明溶液时，置于80°C下真空脱泡4h，刮膜；随后，经凝固浴(25°C左右去离子水)及水洗浴(25°C左右去离子水)处理，得到湿的纯棉浆纤维素膜。2.具有光催化活性的纳米ZnS/纤维素复合膜材料的制备将上述湿膜裁剪成大小为10 cm X 15 cm的膜，浸泡到0.1M的硫酸锌前驱体溶液中，反应5h后，取出并用去离子水冲洗；然后再将其浸入0.1M的硫化钠前驱体溶液中，反应5h后，取出并用去离子水冲洗。以上过程为一个循环周期，浸渍完成后，将样品置于室温下自然干燥得到浸渍I次的具有光催化活性的纳米ZnS/纤维素复合膜材料。实施例2:1.纤维素膜的制备纤维素膜的制备与实施例1相同。2.具有光催化活性的纳米ZnS/纤维素复合膜材料的制备将上述湿膜裁剪成大小为10 cm X 15 cm的膜，浸泡到0.1M本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种制备具有光催化活性的纳米ZnS/纤维素复合膜的方法，其特征在于通过采用NMMO工艺制备纯纤维素膜，然后采用液体浸渍法原位合成ZnS粒子而制备纳米ZnS/纤维素复合膜材料，包括以下步骤：步骤(1)：纯纤维素膜的制备纤维素膜中纤维素为木浆纤维素、棉浆纤维素或草浆纤维素中的一种或两种混合，将经粉碎处理的原材料纤维素加入到含有经浓缩的含水量约为13.3％的NMMO溶剂和质量为纤维素质量0.5～1.5％的抗氧化剂中，配制成纤维素铸膜液，所得棉浆纤维含量为铸膜液质量的5～11％；搅拌均匀，溶胀0.5～3.0个小时，置于100～120℃的真空干燥箱中溶解完全，待溶液呈琥珀色、均匀透明的溶液时，在60～80℃下真空脱泡2～5h，刮膜；随后，经凝固浴及水洗浴处理，得到湿的纯纤维素膜，其中凝固浴及水洗浴是在20～40℃去离子水中进行；步骤(2)：纳米ZnS/纤维素复合膜材料的制备将步骤(1)中所得湿膜裁剪成一定大小的膜，浸泡到Zn前驱体溶液中，反应3～6h后，取出并用去离子水冲洗；然后再将其浸入含S前驱体溶液中，反应3～6h后，取出并用去离子水冲洗；以上过程为一个循环周期，浸渍完成后，将样品置于室温下自然干燥，得到浸渍一次具有光催化活性的纳米ZnS/纤维素复合膜材料。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：余群燕，李文江，蒋一正，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：天津;12
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。