一种ZnO纳米片再生纤维素薄膜复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种ZnO纳米片再生纤维素薄膜复合材料及其制备方法。该复合材料中，ZnO纳米片的边长为200～500nm，片厚度为20～50nm，再生纤维素薄膜厚度为250～1000μm。该制备方法是以ZnCl2水溶液作为纤维素的溶剂和纳米ZnO的锌源，溶解浆纤维素纤维为纤维素原料，通过低温预处理、溶解、刮膜、原位合成和冷冻干燥，制备出ZnO纳米片再生纤维素薄膜复合材料。该材料易回收，光催化效率高，能有效缩短甲基橙的吸附时间，具有很好的实用性。

A kind of ZnO nano-sheet regenerated cellulose film composite material and its preparation method

The invention discloses a zinc oxide nanosheet regenerated cellulose film composite material and a preparation method thereof. In the composite, the edge length of ZnO nanosheet is 200-500 nm, the thickness of sheet is 20-50 nm, and the thickness of regenerated cellulose film is 250-1000 um. The preparation method is based on zinc chloride aqueous solution as cellulose solvent and zinc source of nano-zinc oxide, cellulose fibers as cellulose raw materials, through low temperature pretreatment, dissolution, scraping, in-situ synthesis and freeze-drying, zinc oxide nanosheet regenerated cellulose film composite was prepared. The material is easy to recover, has high photocatalytic efficiency, can effectively shorten the adsorption time of methyl orange, and has good practicability.

【技术实现步骤摘要】
一种ZnO纳米片再生纤维素薄膜复合材料及其制备方法
本专利技术属于纤维素新材料
，具体涉及到一种ZnO纳米片再生纤维素薄膜复合材料及其制备方法。
技术介绍
与传统的污水治理技术相比，光催化技术具有高效节能、易操作、工艺简化又清洁无毒、无二次污染等优点。目前常用的一些光催化材料主要是半导体材料，纳米ZnO是其中一种具有广阔应用前景的材料。但其在应用中存在难回收的问题，因而需要与一定载体复合以提高其利用效率。目前，常用的无机载体有二氧化硅、硅藻土、氧化铝、炭材料等，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；有机聚合物载体有聚乙烯等，其密度小，不仅适用于固定床反应器，也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，显然不能完全满足使用需求。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有技术中存在的不足，本专利技术的目的是提供一种ZnO纳米片再生纤维素薄膜复合材料的制备方法，以ZnCl2水溶液作为纤维素的溶剂和纳米ZnO的锌源，将纤维素和ZnCl2两种原料变成均相，采用刮膜、原位合成和冷冻干燥得到ZnO纳米片再生纤维素薄膜新材料。本专利技术的另一目的是提供一种上述ZnO纳米片再生纤维素薄膜复合材料的制备方法所直接获得的材料。本专利技术还有一目的是提供一种上述材料的应用。技术方案：为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种ZnO纳米片再生纤维素薄膜复合材料，ZnO纳米片的边长为200～500nm，片厚度为20～50nm，再生纤维素薄膜厚度为250～1000μm。一种制备所述的ZnO纳米片再生纤维素薄膜复合材料的方法，以ZnCl2水溶液作为纤维素的溶剂和纳米ZnO的锌源，溶解浆纤维素纤维为纤维素原料，通过低温预处理、溶解、刮膜、原位合成和冷冻干燥，制备出ZnO纳米片再生纤维素薄膜复合材料。所述的ZnCl2水溶液的浓度为65～70wt％。所述的纤维素先在ZnCl2水溶液低温预处理，然后加热搅拌溶解，获得均一的纤维素溶液。所述的原位合成在50％的NaOH水溶液中进行。所述的制备ZnO纳米片再生纤维素薄膜复合材料的方法，包括以下步骤：1)取纤维素纤维加入到65～70wt％的ZnCl2水溶液中，在-10℃～20℃的低温浴槽中预处理2h～4h；2)将上述液-固物料置于60℃～80℃的水浴锅中加热搅拌，得到透明均一的纤维素溶液；3)将纤维素溶液至于塑料平板上，用刮膜器制成250～1000μm薄片状，放入50％的NaOH水溶液，静置4～12小时，获得ZnO纳米片再生纤维素薄膜；4)将步骤3)中的ZnO纳米片再生纤维素薄膜水洗至无Cl-后，先放入超低温冰箱内冷冻，结束后将样品置于冷冻干燥机中，干燥结束后，得到ZnO纳米片再生纤维素薄膜。所述的纤维素纤维包括木浆、竹浆或棉浆纤维。所述的纤维素纤维与ZnCl2水溶液的用量关系为1:30～60(质量比)。所述的ZnO纳米片再生纤维素薄膜复合材料在光催化反应中的应用。有益效果：与现有产品和技术相比，本专利技术巧妙地以ZnCl2水溶液作为纤维素的溶剂和纳米ZnO的锌源，无需外加其他纤维素溶剂，制备工艺清洁环保。通过原位合成，无需加热，制备工艺具有节能的优点。所得到的复合材料为含有片状纳米ZnO的再生纤维素薄膜新材料，其片状纳米ZnO的光催化降解甲基橙的效果较ZnO纳米颗粒的要好。将ZnO与纤维素复合不仅可以改善ZnO在光催化应用中难回收的缺点，同时也是提高纤维素高值化利用的一种途径。附图说明图1是ZnO纳米片再生纤维素薄膜的宏观形貌图；图2是ZnO纳米片再生纤维素薄膜的SEM图；图3是ZnO纳米片再生纤维素薄膜的XRD图；图4是纳米ZnO的XRD标准图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步的说明。实施例1将2g木浆纤维素纤维加入到80g65％(wt％)的ZnCl2水溶液中，在-10℃的低温浴槽中预处理4h。将上述液-固物料置于70℃的水浴锅中加热搅拌，得到透明均一的纤维素溶液。将溶液至于塑料平板上，用刮膜器制成500μm薄片状，放入50％的NaOH水溶液，静置9小时。取出薄膜，用蒸馏水洗涤至无Cl-，放入超低温冰箱内，冷冻结束后将样品置于冷冻干燥机中，干燥结束后，得到ZnO纳米片再生纤维素薄膜新材料，表征结果如图1～4所示。由图1可知，所制备的薄膜新材料形貌较好。由图2可知，ZnO纳米片的厚度约为50nm，边长约为500nm。由图3和图4可知，本方法成功地制备了ZnO，基本无其它杂质。实施例2将2g木浆纤维素纤维加入到120g70％(wt％)的ZnCl2水溶液中，在10℃的低温浴槽中预处理2h。将上述液-固物料置于60℃的水浴锅中加热搅拌，得到透明均一的纤维素溶液。将溶液至于塑料平板上，用刮膜器制成250μm薄片状，放入50％的NaOH水溶液，静置6小时。取出薄膜，用蒸馏水洗涤至无Cl-，放入超低温冰箱内，冷冻结束后将样品置于冷冻干燥机中，干燥结束后，得到ZnO纳米片再生纤维素薄膜新材料。ZnO纳米片的厚度约为40nm，边长约为400nm。实施例3将2g竹浆纤维素纤维加入到60g65％(wt％)的ZnCl2水溶液中，在0℃的低温浴槽中预处理3h。将上述液-固物料置于60℃的水浴锅中加热搅拌，得到透明均一的纤维素溶液。将溶液至于塑料平板上，用刮膜器制成1000μm薄片状，放入50％的NaOH水溶液，静置4小时。取出薄膜，用蒸馏水洗涤至无Cl-，放入超低温冰箱内，冷冻结束后将样品置于冷冻干燥机中，干燥结束后，得到ZnO纳米片再生纤维素薄膜新材料。ZnO纳米片的厚度约为20nm，边长约为200nm。实施例4将2g棉浆纤维素纤维加入到100g65％(wt％)的ZnCl2水溶液中，在-10℃的低温浴槽中预处理4h。将上述液-固物料置于80℃的水浴锅中加热搅拌，得到透明均一的纤维素溶液。将溶液至于塑料平板上，用刮膜器制成500μm薄片状，放入50％的NaOH水溶液，静置12小时。取出薄膜，用蒸馏水洗涤至无Cl-，放入超低温冰箱内，冷冻结束后将样品置于冷冻干燥机中，干燥结束后，得到ZnO纳米片再生纤维素薄膜新材料。ZnO纳米片的厚度约为50nm，边长约为400nm。实施例5李小保等通过预处理、溶解、析出、水热步骤专利技术了一种纳米ZnO/纤维素凝胶颗粒新材料及其制备方法(CN104941540B)以及一种纳微ZnO复合纤维素条状材料及其制备方法(CN104941683B)，其纳米ZnO主要为纳米颗粒，光催化降解完甲基橙水溶液(浓度为20mg/L，催化剂用量为4g催化剂/L，500w的紫外灯)需要100min。本专利技术通过新的成型方式和析出条件，不通过水热反应，制备出的ZnO纳米片再生纤维素薄膜复合材料(实施例1-4)，使用该复合材料作为光催化剂，相同的反应条件下，40min内即可将上述甲基橙溶液完全降解。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种ZnO纳米片再生纤维素薄膜复合材料，其特征在于，ZnO纳米片的边长为200～500nm，片厚度为20～50nm，再生纤维素薄膜厚度为250～1000μm。

【技术特征摘要】
1.一种ZnO纳米片再生纤维素薄膜复合材料，其特征在于，ZnO纳米片的边长为200～500nm，片厚度为20～50nm，再生纤维素薄膜厚度为250～1000μm。2.一种制备权利要求1所述的ZnO纳米片再生纤维素薄膜复合材料的方法，其特征在于，以ZnCl2水溶液作为纤维素的溶剂和纳米ZnO的锌源，溶解浆纤维素纤维为纤维素原料，通过低温预处理、溶解、刮膜、原位合成和冷冻干燥，制备出ZnO纳米片再生纤维素薄膜复合材料。3.根据权利要求2所述的制备ZnO纳米片再生纤维素薄膜复合材料的方法，其特征在于，所述的ZnCl2水溶液的浓度为65～70wt％。4.根据权利要求2所述的制备ZnO纳米片再生纤维素薄膜复合材料的方法，其特征在于，所述的纤维素先在ZnCl2水溶液低温预处理，然后加热搅拌溶解，获得均一的纤维素溶液。5.根据权利要求2所述的制备ZnO纳米片再生纤维素薄膜复合材料的方法，其特征在于，所述的原位合成在50％的NaOH水溶液中进行。6.根据权利要求2所述的制备ZnO纳米片再生纤维素薄膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：李小保，周小龙，高亚年，李力成，叶菊娣，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32