木质素胺模板法纳米材料的制备及其光催化性能研究.doc

木质素胺 模 板法 纳 米材 料 的 制 备及其 光催 化 性 能 研 究指导 教 师 独 创性 声 明 煅 烧 温 度的 样 品 降 解 率 最 好 达到了 以 木质素胺 为 模 板制 备 纳 米复 合材 料 及其 光催 化 性 能 研 究行 光催 化 降 解 实验， 结 果 表 明， 氧 化 锌 一 光催 化 性 能 优于纯 的 氧 化锌 ， 并 且 最 佳 条件为 ：掺 入 的 为 ， 煅 烧 温 度为 妫 下 降 解 率 可 高 达 。结 果 表 明， 狢 具 有 较 高 的 光催 化 性 能 。关键词：木素胺 ， 氧 化 锌 ， 石 墨烯 ， 氧 化 铜 ， 光催 化 琻 猰 琧 以 木质素胺 为 模 板制 备 纳 米复 合材 料 及其 光催 化 性 能 研 究 瓵 一 甎狣 以 木质素胺 为 模 板制 备 纳 米复 合材 料 及其 光催 化 性 能 研 究 局 仕 氐 姆掷唷 局 仕 氐 男灾 省 局 仕 氐 母 男浴 局 仕 氐 难芯肯肿 醇 坝梅埂 壳 按嬖 诘奈 侍狻 男灾 屎陀茫 趸男灾 省 趸挠谩 男灾 屎陀茫男灾 省挠眉胺瓜肿 础 以 木质素胺 为 模 板制 备 纳 米复 合材 料 及其 光催 化 性 能 研 究本章小 结 第五章结 论 参 考 文 献 致 谢 在 学期 间 发 表 的 学术论文 及其 他 科 研 成 果 第 一 章的 网孔 结 构 是 模 板剂 的 首 选， 所以 本 文 对 木质素的 改性 进行 研 究 ， 选出 最 优模 板剂 以 木质素胺 为 模 板制 备 纳 米复 合材 料 及其 光催 化 性 能 研 究碱 木质素在 水 中 和一 般溶 剂 中 溶 解 性 较 差， 可 溶 于碱 性 溶 剂 或 中 性 极 性 溶 剂 中 ， 但 以 木质素胺 为 模 板制 备 纳 米复 合材 料 及其 光催 化 性 能 研 究 木素的 胺化 改性曼尼 希 反 应 木质素的 磺 化 改性 主 要 有 对 木质素的 磺 化 和磺 甲基 化 反 应 。 木质素磺 化 主 要 用硫 酸 盐或 者 亚 硫 酸 盐等含 硫 化 合物 与木质素反 应 ， 木质素磺 甲基 化 主 要 是 将 木质素溶 解 在 碱 性 介 质中 ， 先与甲醛发 生 反 应 再与含 硫 化 合物 反 应 ， 使 木质素的 苯 环上 的酚 羟 基 与其 作 用 ， 经过改性 的 磺 甲基 化 木质素水 溶 性 很好 ， 表 面 活 性 高 【 】 。 木素的 聚 合反 应 第 一 个 专 利 ， 有 关木质素胺 的 制 备 ， 对 木质素胺 的 研 究 大 大 增 加 ， 种类也 相应 地 增利 用 木质素的 方 法 主 要 有 三种：第 一 ， 直接 利 用 ； 第 二 ，把 木质素降 解 为 小 分 子再应 用 ； 第 三， 先分 离， 再通 过对 木质素改性 然后 应 用 。 如果 木质素直接 作 为 絮 凝 剂 ， 那么 絮 凝 效 果 会 很不理 想， 因而 通 过化 学 反 应 进行 改性提 高 木质素的 应 用 性 能 显 得 非 常有 必要 ， 根 据 已经取 得 的 研 究 ， 木质素胺 絮 凝 剂 的合成 ：通 过曼尼 希 反 应 原 理 ， 以 碱 木质素、 醛以 及胺 在 水 溶 液 中 ， 调 制 相应 的 温 度，加 热回 流 ， 得 到阳 离子木质素胺 絮 凝 剂 ， 这 种样 品 能 够 溶 解 于酸 性 或 者 碱 性 溶 液 ， 以 木质素胺 为 模 板制 备 纳 米复 合材 料 及其 光催 化 性 能 研 究。 它 可 以 作 为 催 化 剂 及催 化 剂 载 体 、 火 箭推进 以 木质素胺 为 模 板制 备 纳 米复 合材 料 及其 光催 化 性 能 研 究氧 化 锌 是 一 种宽 带 隙 半 导 体 材 料 椅 孪 以 木质素胺 为 模 板制 备 纳 米复 合材 料 及其 光催 化 性 能 研 究纳 米氧 化 锌 作 为 一 种纳 米材 料 ， 有 着高 效 的 生 物 学 活 性 、 吸 收 效 果 显 著、 抗 氧 以 木质素胺 为 模 板制 各纳 米复 合材 料 及其 光催 化 性 能 研 究固 相法 制 备 纳 米粒 子是 一 种传 统 的 工 艺方 法 ， 制 出 来 的 颗 粒 无明显 团聚 、 产 量多、 成 本 低 廉 ， 但 是 也 存 在 弊 端 ， 例 如 容 易 混 入 杂 志， 效 率 低 等。 反 应 的 速度是 影响 粒 径大 小 的 关键所在 ， 这 主 要 表 现 在 以 下 两方 面 ：第 一 是 研 磨的 方 式， 先进行 预第 二 是 选择 合适 的 反 应 体系， 反 应 物 的 配比 不同 ， 产 物 的 均 匀程度也 将 相应 不同 ， 所以 在 制 备 纳 米复 合物 的时 候 可 以 尝 试 改变 配比 来 确定 分 散性 最 好 的 一 组。 要 使 样 品 的 晶粒 小 ， 提 高 反 应 过程的 速度， 这 样 单 位 时 间 内 成 核 的 数 目就 会 多， 从 而 晶粒 的 生 长 就 得 到了抑 制 。 综上 所述 ， 粒 径大 小 受 反 应 速度的 影 响 ， 颗 粒 的 均 匀程度和分 散性 受 反 应 物 配比 的 影响 ， 加 入 一 定 的 表 面 活 性 剂 可 使 颗 粒 的 分 散性 得 到改善 。水 热法 又 被 叫作 热液 法 ， 它 是 指在 密封的 压 力容 器中 ， 用 水 作 为 溶 剂 ， 在 高 温高 压 的 条 件下 发 生 的 化 学 反 应 。 水 热法 制 得 的 样 品 的 优点 有 很多， 比 如 工 艺简 单 、易 于操作 ， 合成 的 样 品 纯 度高 晶型 好 、 分 散性 好 、 生 产 成 本 低 并 且 可 控 性 强， 用 水热法 制 备 的 样 品 无需煅 烧 ， 从 而 避 免了晶粒 长 大 ， 阻 止 了杂 质混 入 等。 但 是 ， 水 热法 制 得 样 品 产 量 低 ， 耗 时 长 ， 不利 于工 业化 生 产 ， 而 且 水 热法 制 备 的 纳 米材 料 一 般很难实现 纳 米设 计 的 功 能 。 因此， 水 热法 常常借助模 板剂 ， 在 模 板的 帮 助下 ，米设 计 的 功 能 得 以 实现 ， 具 有 广阔 的 应 用 前景 。 貌能 够 严 格 地 受 到调 控 ， 主 要 的 硬 模 板包 括不同 空间 结 构 的 高 分 子聚 合物 、 多孔 硅分 子筛 、 阳 极 氧 化 铝膜 等。 将 金 属 前驱物 引 入 硬 模 板孔 道 中 ， 然后 经煅 烧 ， 使 其 在纳 米孔 中 形 成 氧 化 物 晶体 ， 硬 模 板剂 被 去 除 ， 从 而 制 得 理 想的 介 孔 材 料 ， 所得 样 品能 够 保 持 原 来 硬 模 板的 孔 道 形 貌； 与软 模 板相比 ， 硬 模 板的 稳 定 性 能 更 高 ， 并 且 窄间 限域 作 用 更 好 ， 更 能 严 格 的 控 制 纳 米材 料 的 形 貌以 及大 小 。 在 年硬 模 板法 最早出 现 ， 目前， 几 十种晶态 介 孔 金 属 氧 化 物 纳 米材 料 被 研 究 者 使 用 硬 模 板法 成 功 制得 【 。 要 用 硬 模 板法 制 备 晶态 介 孔 材 料 并 不复 杂 ， 需要 满足 以 下 几 个 条件：硬 模 板剂 具 备 三维 孔 道 ； 将 金 属 先驱物 浸 渍 后 易 分 解 ， 并 且 孔 容 收 缩 量 要 小 ； 硬 模 板剂 容易 去 除 ； 模 板剂 对 于形 态 、 大 小 和结 构 具 有 可 控 性 ； 模 板剂 热稳 定 性 好 。软 模 板法 是 由 表 面 活 性 剂 分 子聚 集 而 成 的 ， 主 要 含 有 亲水 亲油的 分 子形 成 各种有 序的 聚 合物 ， 如 液 晶、 胶团、 微 乳 液 和高 分 子等， 连 接 无机 前驱物 与有 机 模 板剂分 子自 组装 形 成 无机 有 机 复 合介 孔 结 构 ， 随 即去 除 模 板剂 得 到理 想的 介 孔 材 料 。 软模 板剂 一 般为 表 面 活 性 剂 、 两亲高 分 子或 生 物 大 分 子， 在 较 低 温 度下 ， 采 用 的 溶 胶凝 胶体 系合成 材 料 ， 热量 严 重 不足 使 制 备 的 介 孔 金 属 氧 化 物 孔 壁 没有 特 定 的 形 状 ，所以 通 常采 用 高 温 煅 烧 的 方 法 晶化 孔 壁 。 软 模 板法 制 备 纳 米材 料 有 以 下 几 个 特点 ：在 模 拟生 物 矿 化 方 面 有 优势； 软 模 板形 态 具 有 多样 性 ； 设 备 简 单 。 但 是 ， 软 模板法 合成 纳 米材 料 的 条件苛 刻 ， 软 模 板结 构 的 稳 定 性 差， 而 且 样 品 孔 壁 晶化 状 况较差， 软 模 板法 在 晶态 介 孔 金 属 氧 化 物 的 制 备 过程中 严 重 收 到了限制 ， 应 用 范 围 不广阔 。复 合纳 米材 料 的 应 用 发 展 及前景陶 瓷材 料 ：纳 米材 料 具 有 很高 的 活 性 和选 择 性 ， 陶 瓷材 料 由 原 来 的 宏 观脆性 材料 变 为 宏 观塑性 材 料 ； 化 工 催 化 材 料 ：纳 米材 料 尺 寸 小 ， 比 表 面 积 大 ，化 剂 ； 生 物 医学 ：纳 米微 粒 粒 径小 ， 比 生 物 体 的 细胞 小 ， 可 制 成 纳 米传 感器， 诊 断 、治 疗 疾病 ； 国防：纳 米材 料 吸 波 功 能 优越 ， 并 且 宽 、 薄 、 轻 ， 是 新 一 代 的 隐 身材 料 ，纯 米技 术影 响 着国防军事 ； 其 它 领 域 ：在 纳 米生 物 计 算 机 的 开 发 ， 纳 米雷 达波 吸 收 以 木质素胺 为 模 板制 备 纳 米复 合材 料 及其 光催 化 性 能 研 究复 合纳 米材 料 具 有 许 多特 殊的 性 能 在 光电 方 面 、 结 构 方 面 和物 理 化 学 性 质方 面 ，从 而 引 起 了广泛 关注 ， 通 过对 复 合纳 米技 术的 探究 ， 复 合纳 米技 术的 发 展 有 了质的飞跃 。 复 合纳 米材 料 粒 径小 ， 比 表 面 积 大 ， 具 有 量 子尺 寸 效 应 ， 在 物 理 、 化 学 、 生物 、 医学 等方 面 的 研 究 带 了新 的 突破， 大 放 异 彩， 因而 必须 加 倍 重 视 纳 米技 术， 为我 国世 纪 纳 米技 术带 来 的 经济发 展 奠 定 厚 实的 基 础。石 墨烯 是 一 种二 维 的 厚 度为 单 原 子的 一 种碳 同 素异 形 体 的 组成 单 元 ， 成 为 了基 玫 交乖 趸】 。 本 方 法 也 有 一 定 的 缺陷 ， 引 入 的 含 氧 官 以 木质素胺 为 模 板制 备 纳 米复 合材 料 及其 光催 化 性 能 研 究仪器， 化 学 传 感器， 纳 米复 合材 料 及能 源 储 存 都有 深 远的 影 响 。 石 墨烯 比 表 面 积 大 ，宽 度厚 度比 高 ， 掺 入 纳 米材 料 中 ， 不仅 能 很好 的 吸 附 有 机 染 料 ， 而 且 可 使 纳 米材 料在 储 能 、 光电 设 备 、 光催 化 剂 等方 面 的 优势显 著。 本 文 主 要 研 究 内 容 如 下 ： 表 实验中 所用 仪器和设 备 以 木质素胺 为 模 板制 备 纳 米复 合材 料 及其 光催 化 性 能 研 究将 氧 化 铜 的 光催 化 降 解 试 验以 常用 染 料 甲基 橙 为 模 拟污染 物 进行 降 解 试 验， 首 先 以 木质素胺 为 模 板制 备 纳 米复 合材 料 及其 光催 化 性 能 研 究总 体 上 的 走 向基 本 一 致 ， 但 在 局 部的 峰出 现 了微 小 的 差异 ， 说 明木质素胺 的 改变 对 纳 米氧 化 铜 的 扫 描 电 镜图图是 不同 添 加 量 木质素胺 和不同 煅 烧 温 度下 制 备 的 氧 化 铜 的 肌 为不添 加 木质素胺 ， 煅 烧 温 度为 下 纯 的 氧 化 铜 电 镜图， 从 图中 可 以 看 出 其 中 大部分 为 片 状 结 构 ， 同 时 在 片 状 结 构 上 有 少 量 的 针状 结 构 产 生 。 而 且 氧 化 铜 粒 径较 大 ，范 围 大 约在 之间 。 如 此大 的 粒 径已经远远超 出 了纳 米材 料 的 范 围 ，这 很大 程度上 限制 了氧 化 铜 的 应 用 。 L 砑 幽 局 仕 匕 稯 ， 煅 烧 温 度为 ， 氧 以 木质素胺 为 模 板制 备 纳 米复 合材 料 及其 光催 化 性 能 研 究在 很大 联 系：光吸 收 强度随 着 粒 径的 逐 步减小 而 不断 增 强。 量 的 增 加 氧 化 铜 纳 米粒 子的 粒 径不断 减小 ， 当 木质素胺 增 加 到一 定 量 时 粒 径又 开 始 以 木质素胺 为 模 板制 备 纳 米复 合材 料 及其 光催 化 性 能 研 究图样 品 的 红 外 图谱 纳 米氧 化 铜 的 紫 外 光催 化 降 解 图 以 木质素胺 为 模 板制 备 纳 米复 合材 料 及其 光催 化 性 能 研 究 氧 化 锌 是 一 种宽 带 隙 半 导 体 材 料 椅 孪 实验部分贵 州某草 浆 厂 硫 酸 盐法 制 浆 黑液 经酸 化 、 混 凝 沉 淀、 洗 涤与风干处 理而 制 得 ， 其 它 试 剂 均 为 分 析纯 。表 实验中 所用 仪器和设 备 以 木质素胺 为 模 板制 备 纳 米复 合材 料 及其 光催 化 性 能 研 究将 蚈 诓 煌 胁蟹 直鹧 心 能 谱分 析可 对 试 样 进行 快速定 量 分 析， 并 对 试 样 的 集 合位 置 要 求较 低 ， 所需探 蚙 的 表 征结 果 狶 一 狶 以 木质索胺 为 模 板制 备 纳 米复 合材 料 及其 光催 化 性 能 研 究 、长 图纳 米氧 化 锌 的 荧 光谱图狶 一 以 木质素胺 为 模 板制 备 纳 米复 合材 料 及其 光催 化 性 能 研 究图氧 化 锌 的 以 及不加 催 化 剂 的 紫 外 光催 化 降 解 甲基 橙 图谱 苗墨图掺 杂 不同 木素胺 量 的 纳 米氧 化 锌 的 紫 外 光催 化 图 木素胺 的 掺杂 量 对 催 化 剂 光降解 活 性 的 影响 以 木质素胺 为 模 板制 备 纳 米复 合材 料 及其 光催 化 性 能 研 究纳 米氧 化 铜 是 一 种黑色 粉 末， 粒 径小 ， 粒 度均 匀， 反 应 活 性 高 ， 与普 通 氧 化 铜相比 ， 具 有 表 面 效 应 、 量 子尺 寸 效 应 、 体 积 效 应 以 及宏 观量 子隧 道 效 应 等优越 性 能 ，在 磁 性 、 光吸 收 、 化 学 活 性 、 热阻 、 催 化 剂 和熔 点 等方 面 表 现 出 奇 特 的 物 理 和化 学性 能 ， 因此纳 米氧 化 铜 受 到了人们 的 普 遍 关注 ， 纳 米氧 化 铜 的 禁 带 宽 度相对 较 窄 ，在 催 化 剂 、 气体 传 感器等方 面 也 有 广泛 应 用 ， 引 起 人们 兴趣 。 石 墨烯 是 由 单 层 碳 原子紧 密堆 积 ， 形 成 碳 六 元 环的 二 维 蜂窝状 晶格 结 构 的 一 种新 型 碳 质材 料 ， 它 的 结 构类似 于没有 卷 曲的 碳 纳 米管。 由 于石 墨烯 独 特 的 结 构 特 征， 导 致 其 非 同 寻 常的 性 能 ，近年来 人们 备 受 重 视 。 石 墨烯 比 表 面 积 大 ， 宽 度厚 度比 高 ， 从 而 具 有 优异 的 电 学 、光学 、 力学 等性 能 ， 掺 入 纳 米材 料 中 ， 不仅 能 很好 的 吸 附 有 机 染 料 ， 而 且 可 使 纳 米材 料 在 储 能 、 光电 设 备 、 光催 化 剂 等方 面 的 优势显 著。表 实验中 所用 仪器和设 备 将 烊皇 对 尤 氲 的 圆底 烧 瓶 中 ， 加