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木质素基两性表面活性剂对ZnO纳米晶控制制备

余方丹  
【摘要】:氧化锌(ZnO)是Ⅱ-Ⅵ族宽禁带(Eg=3.37 eV)半导体金属氧化物,其激子束缚能高达60 meV,具有优良的光学、电学等性能。光催化剂ZnO价格低廉,自身无毒、无害,可将有机污染物完全矿化成水和无机离子,无二次污染,具有广阔应用前景。本论文致力于利用廉价的木质素资源制备ZnO纳米晶,进而降低ZnO纳米晶的制备成本。 首先,利用具有Keggin结构的多酸对工业碱木质素进行了催化活化,分别研究了反应时间、催化剂用量和溶剂体系等因素对催化活化后碱木质素活性官能团的影响,确定了多酸催化活化碱木质素的最佳工艺条件。经活化后,木质素的活性官能团含量有所提高,均相催化活化反应下,木质素中酚羟基含量、醇羟基含量和羧基含量分别提高了51.31%、89.92%和113.7%;在非均相情况下,木质素中醇羟基含量和羧基含量分别提高了132.6%和73.89%,酚羟基含量几乎不变。利用曼尼希反应分三步制备了木质素基表面活性剂。利用FTIR和XPS分析表明所制备的木质素表面活性剂为木质素基磷酸酯季铵盐两性表面活性剂(LQAPEAS),其表面张力为52.106 mN.m-1 以LQAPEAS为结构导向剂,采用直接沉淀法制备了具有介孔结构的ZnO纳米晶。其中,探讨了LQAPEAS的用量和锌离子与氢氧根离子浓度比对制备ZnO形貌的影响。LQAPEAS添加量一定的情况下,制备过程中氢氧根离子的浓度对产物的形貌有重要的影响:氢氧根离子浓度较小时生成棒状ZnO,氢氧根离子浓度适中时生成球状ZnO,氢氧根离子浓度较大时生成纳米花状ZnO。改变LQAPEAS添加量对改变制备氧化锌的整体外观形貌影响较小,但是组成外观形貌的基本单元的形貌发生了改变。样品的紫外吸收光谱表明制备的ZnO颗粒较小,且在LQAPEAS的作用下ZnO纳米晶的生长得到很好的控制。对所制备的ZnO纳米晶进行紫外光催化降解亚甲基蓝的研究,结果显示该ZnO纳米晶有很好的光催化活性。 以LQAPEAS为结构导向剂,采用水热法制备了花状形貌的ZnO纳米晶。当LQAPEAS用量0.5g-1.0g时,所制备的ZnO纳米花花型完整;增加氢氧根离子的浓度,每朵纳米花中纳米棒的长度和直径比减小,而且ZnO的[0 1 (?)(?)]晶面消失。 利用水热法制备的ZnO的光致发光谱图与沉淀法制备的光致发光谱图发生了很大的变化。直接沉淀法制备的ZnO有强蓝光发射,绿光发射,黄光发射,橙黄光发射。水热法制备的ZnO有400 nm-500 nm之间的蓝光的发射,在500 nm-600nm间有一个宽峰,中心位置在568 nm左右的绿光发射。


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