1、仿生法合成纳米氧化锌及性能表征王东等:仿生法合成纳米氧化锌及性能表征仿生法合成纳米氧化锌及性能表征王东,刘英才,李文科 2(1.中国海洋大学材料科学与工程研究院,山东青岛 266100;2.北京科技大学材料科学与工程学院,北京 100083)摘要:采用了一种全新的表面活性剂酵母.以硝酸锌为原料,氨水和尿素为沉淀剂,运用仿生法与均匀沉淀法相结合制取纳米氧化锌,并利用多种测试手段进行性能表征.试验结果表明,制得的氧化锌颗粒较小,加入酵母后,氧化锌的性能有了显着提高,烧结温度在300 和 600时的氧化锌具有很好的光催化性.关键词:纳米氧化锌;表面活性剂;仿生法;均匀沉淀法中图分类号:TB383;T
2、Q423 文献标识码:A文章编号:1001.9731(2007) 增刊.2521.031 引言纳米氧化锌是一种面向 21 世纪的新型多功能精细无机产品,其粒径介于 1100nm 之间,由于具有纳米材料的结构特点和性质,使得纳米氧化锌产生了表面效应及体积效应等,从而使其在磁,光,电,敏感性等方面具有一般氧化锌产品无法比拟的特殊性能和新用途.生物表面活性剂是 70 年代后期国际生物工程领域中发展起来的一个新课题.微生物在一定条件下培养时,在其代谢过程中分泌产生的一些具有一定表/界面活性,集亲水基和疏水基结构于一分子内部的两亲化合物,称为生物表面活性剂.表面活性剂的使用对纳米微粒的大小影响较大.加入
3、适量的表面活性剂时,对生成的纳米微粒能起到有效的包裹作用,防止微粒的聚集长大,阻碍晶核的进一步生长,获得尺寸较小的纳米微粒【】l2l.基于上述原因,利用生物表面活性剂制备性能优异的氧化锌,将仿生法利用于无机物的制备中具有重大意义.2 实验2.1 原料与试剂主要试剂有:硝酸(分析纯),尿素(分析纯), 氨水(分析纯 ).本试验采取的表面活性剂主要是酵母,酵母菌具有典型的细胞结构,有细胞壁,细胞膜,细胞核,液泡,线粒体,微粒体和细胞质等,适宜在 2025条件下生长,进行繁殖的环境应呈微酸性,最适宜 pH 值为 4.55.5 之间.一般做法是发酵初期 pH 值为 4.24.5,后期 pH值为 4.8
4、5.2.酵母的细胞对二价离子是相对不渗透的,二价阳离子在面包酵母菌中存在着另外的特异性的运输体系.该体系可将二价阳离子运输到细胞内,进入到实际上不产生交换的代谢池中,这种反应是有效的而且不可逆.这种作用在有氧和厌氧的条件下是相同的【3,4l.在酵母的浓度方面,经过多次实验的基础,得出了最佳浓度,采用 0.1g 酵母配 30ml 水.取酵母若干克,溶于水中,放在磁力搅拌器上搅拌 1h 左右,取样,在显微镜下观察发酵结果.发现此浓度的溶液浓度适中,颗粒大小均匀,空隙适中,符合实验要求.2.2 粉体制备取硝酸锌 250ml 置于烧杯中,再加入表面活性剂酵母,放于磁力搅拌器上搅拌 23h,使其充分混合
5、.然后加入 50ml 尿素,置于水浴加热锅中,温度设定为95.反应 35h,得到白色 Zn(OH)2 沉淀.静置 23h,用离心机洗涤沉淀(水洗 3 次,醇洗 3 次),将沉淀转移至烧杯中,放入干燥箱中干燥.最后于炉中煅烧,得到产品.2-3 测试用比表面积测定仪(ST-O8A 型)测定样品的比表面积,用电导率仪(DDS.11A 型)测定样品的电导率,在智能综合测量仪(ZL10 型) 上测定样品的电容和电阻.样品溶于乙醇中,用超声波清洗,用 JEOLJSM.6700F 扫描电子显微镜做 SEM 测试.用 Uv.VISSpectrophotometer(HITACHI,JAPAN)做紫外.可见吸收
6、测试.3 结果与讨论3.1 电性能材料的电性能是材料在静电场或交变电场中,即处在电源的两极之间行为的表征.3.1.1 电导率材料导电性的量度为电导率,电导率越大材料的导电性能越好.产生电流的载流子有 4 种类型:电子,空位,正离子,负离子9l.用均匀沉淀法制得样品,对是否加入活性剂进行比较,发现添加活性剂后,电导率得到明显提高,见图 1.?收到稿件日期 :2007.05.30 通讯作者:王东作者简介:王东(1982 一), 男 ,山东淄博人,在读硕士,师从刘英才教授,主要从事陶瓷复合材料及功能材料的研究.助财许 2007 年增刊(38) 卷b首,与oUTamperature/C图 1 纳米 Z
7、nO 添加活性剂后电导率比较Fig1ConductivityofnanoZnOwithsurfactant通过 SEM 测试电子图片 (图 2)我们可以清楚的看到,所制得的粉体颗粒较小,而且晶粒生长得到控制,多为球状或棒状,粉体内部存在介孔结构,粉体内部空位增多,故使材料的导电性能得到提高.图 2 试样的 SEM 电镜图片Fig2SEMpicturesofsamples通过对比表面积的测定,可以看到 600时烧出的产品比表面积最大即颗粒最小.当温度600“C 时,随着温度的升高,比表面积递减,即颗粒的粒径递增.当温度600“C 时,比表面积也减小 ,即 600为最佳烧结温度,见图 3.墅:U云
8、量莹 t,OTamperature/oc图 3 不同烧结温度的比表面积Fig3SpecificsurfaceaveaofZnOatdifferenttemperature3.1.2 电容及电阻的测定分别测试普通氧化锌(sample1),无活性剂的纳米氧化锌(sample2) 以及添加了生物表面活性剂的氧化锌(sample3)的电容及电阻,由试验结果可以看出,添加酵母后的产品电容变小,电阻变大.如图 4 所示.2芑0露芷Capacance图 4 不同尺寸氧化锌的电阻电容比较Fig4CapacitanceandresistanceofZnOwithdifferentsize3.2 光催化性能的测试
9、3.2.1 降解率的测定称取 0.15g 氧化锌粉末,倒入 50ml 甲基橙溶液,放置于紫外线下照射,在磁力搅拌器上搅拌 35h.用离心机离心,滤出上层清液测降解率.降解率计算公式为:“:100%A.为最大吸光度,A 为任一波长处的吸光度.甲基橙原始溶液经过测定可知,在波长为 464nm时吸光度最大,最大值 A.为 0.878.如图 5 所示,当烧结温度在 300 和 600“C 时的氧化锌降解率高达 97%,具有很好的光催化性能.Temperature/C图 5 不同烧结温度下氧化锌的降解率Fig5RemovalefficientlyofZnOdifferenttemperatures3_2
10、.2 紫外.可见光吸收试验纳米氧化锌对长波紫外线(波长 320400nm)和,Ia3E0t_ua 芷王东等:仿生法合成纳米氧化锌及性能表征 2523中波紫外线(波长 280320nm)均有屏蔽作用.纳米氧化锌具有很好的可见光透光性,且紫外吸收频带宽,能力强【l.1.由图 6 和 7 可以看出,样品对紫外线几乎不吸收,但可见光吸光度较高.也就是表明,即使不在紫外线的照射下,只在普通阳光的照射下氧化锌的光催化性能也很好.装蓉_0_0-0波长,nm图 6 烧结温度为 300C 时的样品的吸光度曲线Fig6AbsorbencycurveofZnOsampleat300C,装蓉_0_0-0波长,nm图
11、7 烧结温度为 600C 时的样品的吸光度曲线Fig7AbsorbencycurveofZnOsampleat600“C4 结论(1)烧结温度在 300 和 600时的纳米氧化锌具有很好的光催化性.(2)加入活性剂酵母后,氧化锌的性能有了显着变化,如电导率升高,电容变小,电阻变大等.这说明酵母作为一种全新的活性剂对于优化氧化锌的性能是非常有研究意义的,也是非常有发展潜力的,值得我们今后在这方面作出更深一步的研究.参考文献:1】梁治齐 ,李金华,宗惠娟.功能性表面活性剂M】.北京:中国轻工业出版社,2002.2】李玲 .表面活性剂与纳米技术M】.北京:化学工业出版社,2004.2.3】王苏辉 ,
12、李霞.J】_酿酒科技,1999,6(96):2930.4】陈思云 ,萧熙佩.酵母生物化学M】.济南:山东科学技术出版社,1990.5】刘超峰 ,祖庸,陈晓东,等.J】.化工新型材料,1995,23(111:13-15.6】曹茂盛 .超微颗粒制备科学与技术M】.哈尔滨:工业出版社,2000.7】靳建华 ,白炳贤,白涛,等.J】_无机盐工业,2000,11(32):6-7.8】张立德 .超微粉体制备与应用技术M】.北京:中国石化出版社,2001.1:273.274.9】周达非 .材料概论M】.北京:化学工业出版社,2001.7:58.59.1O】陈传志,周祚万.J】.功能材料,2004,1(35)
13、:97 98.PreparationofZnOnanoparticlesbybionicmethodandcharacterizationWANGDong,LIUYingcai,LIWenke(1.InstituteofMaterialScienceEngineering,OceanUniversityofChina,Qingdao266100,China;2.SchoolofMaterialsScienceandEngineering,UniversityofScienceandTechnologyBeijing,BeijIing100083,China)Abstract:Theyeasti
14、Susedasanewkindofsurfactantinthispaper.Usingzincnitrateasthestartingmaterialandammoniaandureaasprecipitatingagent,wepreparednanoZnOpowderbybionicmethodandhomogeneousprecipitationmethod.ByvariousexperimentanalysisweCanknowthatZnOhaveabetterperformanceandsmallersizewhenweuseyeastasasurfactant.ZnOalsohavegoodlightcatalystwhenthetemperatureiSat300and600.Keywords:nanometer-sizezincoxide;surfactant;bionicmethod;homogeneousprecipitationmethod111110000111110000
