淀粉基纳米氧化锌复合催化材料的制备文献综述

 2022-07-26 04:07

一、背景

氧化锌是一种新型的Ⅱ-Ⅵ族宽禁带化合物半导体材料,具有优异的光学和电学特性,因而针对氧化锌的研究已成为许多科技人员关注的焦点。纳米氧化锌是近些年来发现的一种新型多功能无机材料,由于它们的量子尺寸效应与高比表面积,具有良好的综合性能,如高强度、半导体性、耐磨性、隔震、微波吸收、催化和抗菌作用,使其在化妆品、橡胶、电子材料、涂料、催化、生物工程、化工等领域有广泛应用,尤其是在与人类生存和健康密切相关的光催化降解有机物污染和抗菌方面有着独特的优势,具有重要的应用价值和普通氧化锌所无法比拟的特殊用途,也具有更广阔的发展空间。[1]

目前,环境污染物的处理已成为全球性重要课题,用高级氧化工艺取代传统处理方法已经引起了越来越多的关注。在氧化技术中,半导体光催化是一种“绿色方法”,其中锐钛矿型TiO2和纤锌矿相ZnO是最常用的金属氧化物光催化剂。在许多情况下,由于其较高的量子效率,氧化锌被认为比TiO2有着更高的光催化性能效率。近些年来,在无机光催化材料中,由于氧化锌无毒、反应条件温和、选择性小和有着更好的生物相溶性的优点,被视为光催化和气体传感器等领域最具发展前途的材料之一。另外,氧化锌还具有能够广泛吸收太阳能的优势,光量子比一些半导体金属氧化物多。具有不同形态和特性的纳米氧化锌,其光催化应用在环境和能源领域内已引起广泛关注。到目前为止,已有众多研究分别从制备方式、结构、形态、粒子尺寸、表面积、孔隙度以及结晶相等方面探究了不同因素对氧化锌光催化效果的作用。[2-3]

二、国内外研究概况及现状[4-7]

(一)国内

国内纳米氧化锌的研究源于20世纪90年代初,起步虽晚,但发展很快,目前已有工业化生产的报道。国内最早有报道见于1991年,上海技术师范学院报道了以ZnCl2和草酸馁为原料,采用直接沉淀法制得了粒径20-40nm的粉体。随后,郑州轻工业学院、武汉大学、华东理工大学、成都汇丰化工厂等都制得了纳米级氧化锌,其粒径在20nm不等。1993年,中国科学院固体物理研究所的朱勇等人采用激光束直接加热法,在大气中用激光束直接照射加热,使Zn靶表面激光照射区受热汽化,制得了大小在10-40nm的粉粒。此后,我国在纳米氧化锌的研究方面逐渐优化和创新,使我国在此方面的研究、开发水平跻身世界先进行列。下表列出了国内纳米氧化锌的研究状况。

(二)国外

日本Nonjo Chemical Corp早在1985年就报道了其采用g-1非均相反应法,利用ZnO浆料和CO2(g)制得了粒径70nm左右的纳米颗粒;美国eTchnolIsnt 1986年采用锌的醇盐为原料,通过水解法得到了粒径在40nm左右的纳米ZnO颗粒;1993年, PcTIsnt.APIP以卤氧化锌为原料,通过热分解制得了粒径约10Onm的纳米ZnO;德国Isnt.WekrsatffWiss Uinv1992年以乙酸锌为原料,采用溶胶一凝胶法制得了粒径100nm的纳米粉体;1997年韩国Pukyong National Univ以硝酸锌为原料,采用均匀沉淀法同样制得了粒径100nm的纳米粉体。下表列出了国外纳米氧化锌的研究概况。

(三)生产现状

目前,世界各国对纳米氧化锌的研究主要包括制备、微观结构、宏观物性和应用等4个方面,其中制备技术是关键,因制备工艺过程的研究与控制对其微观结构和宏观性能具有重要的影响。

德国莱茵公司、BASF公司,日本帝国化工、SAKAI,瑞士罗氏,美国国际特品是国际上主要纳米氧化锌供应商,分别占据着电子、化妆品等高端市场。利用气相法生产高品质纳米氧化锌,是世界主要纳米氧化锌的供应商,占据了国际90%的市场份额。目前市场上的主要产品是由日本和美国供应。

我国目前纳米氧化锌的生产规模约为10kt/a。陕西中科纳米材料股份有限公司1999年率先实现了纳米氧化锌的工业化生产,目前生产规模达3kt/a,公司现已开发出GG-01、GG-02、GG-03、HZP四个系列的产品,可分别应用于橡胶、涂料、纺织品、化妆品行业;山西纳米科技有限公司作为全国最大的纳米氧化锌专业生产企业,现能力己达到5kt/a,二期工程正在扩建阶段,完成后生产能力将达到30kt/a。此外,深圳市尊业纳米材料有限公司、山东兴亚新材料股份有限公司、阜宁欣盛纳米氧化锌有限公司等公司也已成长为具有较大行业影响力的纳米氧化锌生产商。

(四)发展方向

就目前来说,纳米氧化锌的未来研究方向主要是: 1)重点对制备原理、理论和工业化生产进行研究,降低生产成本,减轻纳米氧化锌的团聚,提高其分散性;(2)对生产过程中的影响因素进行研究,探索对粒子大小与形貌进行有效控制的方法;(3)对产品的表面改性和产品应用进行研究,开拓高性能产品,拓宽产品应用领域,以满足不同需要对纳米氧化锌产品的要求,开发出适合我国国情的纳米氧化锌的生产工艺。[8]

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