一種納米氧化鋅和碳纖維復合材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于功能材料技術領域，特別涉及一種納米氧化鋅復合材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著工業技術的快速發展，人們生活水平得到了很大提高，同時在日常生活和工業生產過程中也排放出大量的廢水、廢氣、廢渣等環境污染物，這些物質的排放對環境造成了嚴重的污染。氧化鋅作為一種寬帶隙半導體材料，因其具有高效的光催化降解有機污染廢水的性能而備受人們關注。在光的照射下，氧化鋅受激發后產生的電子和空穴對具有氧化、還原的能力，使有機物發生氧化還原反應后逐步被降解，最終被完全氧化成對環境友好的C02、H20和無毒的無機小分子。將氧化鋅應用于水污染處理，為治理有機污染物提供了一種有效手段。
[0003]從氧化鋅光催化機理來看，其光催化的實質是發生在反應物與催化劑接觸的界面反應，催化劑的表面狀態會直接影響其光催化效率。與常規尺寸的催化劑相比，納米尺寸催化劑具有更大的比表面積，產生的光生電子和空穴可以快速達到反應界面與有機污染物反應。因此，納米氧化鋅粉體具有比常規尺度的氧化鋅粉體更優異的光催化活性。但是，納米氧化鋅粉體在實際應用中，需要采用高速離心技術進行回收，存在回收困難的問題。
【發明內容】
[0004]本發明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種納米氧化鋅和碳纖維復合材料及其制備方法，該復合材料光催化劑回收方便，制備方法綠色環保，且成本低廉。
[0005]本發明為解決公知技術中存在的技術問題所采取的一個技術方案是:一種納米氧化鋅和碳纖維復合材料，在碳纖維表面覆蓋有一層氧化鋅納米顆粒。
[0006]本發明為解決公知技術中存在的技術問題所采取的另一個技術方案是:上述納米氧化鋅和碳纖維復合材料的制備方法，采用以下步驟:
[0007]—)將清洗干凈的碳纖維加入到聚四氟乙烯壓力反應釜中，然后向反應釜中加入蔗糖水溶液，攪拌使碳纖維浸潤，將反應釜密閉加熱;二)反應釜加熱至設定溫度后進行恒溫反應，反應完成后自然冷卻，然后分離出具有親水基團碳層覆蓋的碳纖維，并用水和無水乙醇將其表面殘余的碳清洗干凈后放入80°C烘箱中干燥，得到碳纖維復合材料;三)將所述步驟二)得到的碳纖維復合材料超聲分散于鋅鹽水溶液中，攪拌吸附鋅離子后用去離子水抽濾洗滌，然后置于80°C烘箱中干燥；四)將所述步驟三)干燥后得到的產物放入馬弗爐中，控制馬弗爐的升溫速率到設定煅燒溫度進行恒溫煅燒處理，最后自然冷卻得到在碳纖維表面覆蓋有一層氧化鋅納米顆粒的納米氧化鋅和碳纖維復合材料。
[0008]所述步驟二)，加熱反應釜的設定溫度為:160?200°C。
[0009]所述步驟二)，反應釜的恒溫反應時間為80?lOOmin。
[0010]所述步驟三)，鋅鹽為硝酸鋅、氯化鋅或醋酸鋅。
[0011]所述步驟三)，鋅鹽水溶液的濃度為0.1?2M。
[0012]所述步驟三)，攪拌吸附鋅離子的時間為1?12h。
[0013]所述步驟四)，控制馬弗爐的升溫速率為2?5°C/min。
[0014]所述步驟四)，設定煅燒設定溫度為500?600°C。
[0015]所述步驟四)，恒溫煅燒時間為1?2h。
[0016]本發明具有的優點和積極效果是:采用水熱合成和煅燒處理技術，使納米氧化鋅顆粒覆蓋在碳纖維的表層，操作簡易、成本低廉。這種納米氧化鋅和碳纖維復合結構材料應用于光催化降解，一方面納米尺度的氧化鋅顆粒具有良好的光催化性能，另一方面所獲得的氧化鋅納米顆粒覆蓋在了碳纖維的表層，而碳纖維可以編織成網狀織物，這種網狀織物的回收比納米粉體顆粒的回收容易，解決了氧化鋅納米粉體光催化劑回收困難的問題，為氧化鋅在光催化中的應用提供了新的途徑。本發明操作工藝流程簡便、可控性好，可應用于有機污染廢水的光催化降解，具有廣闊的市場應用前景。
【具體實施方式】
[0017]為能進一步了解本發明的
【發明內容】
、特點及功效，茲例舉以下實施例，對本發明作進一步詳細說明:
[0018]實施例1:
[0019]首先將清洗干凈的碳纖維加入到聚四氟乙烯壓力反應釜中，然后向反應釜中加入0.3M蔗糖水溶液，攪拌使碳纖維浸潤，將反應釜密閉加熱。
[0020]當反應釜加熱至200°C后進行恒溫反應80min，反應完成后自然冷卻，然后分離出具有親水基團碳層覆蓋的碳纖維，并用水和無水乙醇將其表面殘余的碳清洗干凈后放入80°C烘箱中干燥，得到碳纖維復合材料。
[0021 ]將干燥后的上述碳纖維復合材料超聲分散于2M硝酸鋅水溶液中，磁力攪拌吸附鋅離子6h后用去離子水抽濾洗滌，然后置于80°C烘箱中干燥。
[0022]把上述干燥后的產物放入馬弗爐中，以2°C/min升溫速率升至500°C恒溫煅燒2h，最后自然冷卻得到在碳纖維表面覆蓋有一層氧化鋅納米顆粒的納米氧化鋅和碳纖維復合材料。
[0023]實施例2:
[0024]首先將清洗干凈的碳纖維加入到聚四氟乙烯壓力反應釜中，然后向反應釜中加入
0.5M蔗糖水溶液，攪拌使碳纖維浸潤，將反應釜密閉加熱。
[0025]當反應釜加熱至180°C后進行恒溫反應95min，反應完成后自然冷卻，然后分離出具有親水基團碳層覆蓋的碳纖維，并用水和無水乙醇將其表面殘余的碳清洗干凈后放入80°C烘箱中干燥，得到碳纖維復合材料；
[0026]將干燥后的上述碳纖維復合材料超聲分散于1M硝酸鋅水溶液中，磁力攪拌吸附鋅離子8h后用去離子水抽濾洗滌，然后置于80°C烘箱中干燥。
[0027]把上述干燥后的產物放入馬弗爐中，以2°C/min升溫速率升至500°C恒溫煅燒2h，最后自然冷卻得到在碳纖維表面覆蓋有一層氧化鋅納米顆粒的納米氧化鋅和碳纖維復合材料。
[0028]實施例3:
[0029]與實施例1的不同之處在于，采用1.5M的蔗糖水溶液。
[0030]實施例4:
[0031]與實施例1的不同之處在于，采用的鋅鹽水溶液為氯化鋅水溶液。
[0032]實施例5:
[0033]與實施例1的不同之處在于，攪拌吸附鋅離子的時間為12h。
[0034]實施例6:
[003