一種以改性木質素磺酸鈉為模板制備納米氧化鋅光催化劑的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種以改性木質素磺酸鈉為模板制備納米氧化鋅光催化劑的方法，屬于半導體光催化材料技術領域。
【背景技術】
[0002]納米氧化鋅(ZnO)作為一種新型高效的半導體光催化功能材料，在有機污染物降解方面表現出很高的量子產率，在常溫常壓下即能將某些生物難降解的有毒有機污染物有效降解甚至礦化，且其成本低廉、產物無二次污染，在光催化領域顯示了極好的的應用前景。
[0003]固相化學反應法制備納米ZnO，較氣相法、液相法相比，無需溶劑，工藝簡單，成本低廉、反應可控，轉化率高，能耗較低，污染較少，粉體顆粒少團聚、產量較大。這些特點符合當今社會綠色化學發(fā)展的要求，在納米材料的合成方面顯示了較大的優(yōu)勢，正逐步發(fā)展成為合成領域的一個小小分支。
[0004]在固相法多孔材料的制備中，常用聚乙二醇、十二烷基醇、聚乙二醇辛基苯基醚等作為前驅沉淀物的分散劑和模板劑。木質素磺酸鈉作為模板在固相法納米無機材料的制備領域，尚未見報道。木素磺酸鈉是木素磺酸鹽的一種，是造紙工業(yè)的副產物，其來源豐富，價格低廉，因其具有天然網狀結構，具有超分子特性和高比表面積，具有很強的分散性，容易分散在水溶液中形成高分子鹽溶液。具有較好的結合、絡合及乳化能力，可做陰離子表面活性劑。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明主要解決的技術問題:針對目前固相法多孔材料的制備中，一般是用聚乙二醇、十二烷基醇、聚乙二醇辛基苯基醚等作為前驅沉淀物的分散劑和模板劑，而這些模板劑價格都比較高的弊端，提供了一種以改性木質素磺酸鈉為模板制備納米氧化鋅光催化劑的方法，該方法是以木質素磺酸鈉和碳酰胺為原料，用甲醛作交聯(lián)劑，進行氧化預處理然后胺化改性合成改性后的木質素磺酸鈉，然后以所制備的木質素磺酸鈉為模板固相制備納米氧化鋅光催化劑，經高溫焙燒后木質素磺酸鈉的部分基團被去除，留下孔隙結構，使得由木質素磺酸鈉作模板劑制得的納米氧化鋅光催化劑比表面積增加，顯示了優(yōu)異的光催化性會K。
[0006]為了解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案是:
(1)稱取10?15g木質素磺酸鈉粉末放入100mL燒杯中，加入500?600mL蒸饋水，緩慢攪拌30?40min，并用0.2mol/L的醋酸調節(jié)pH至3?4，之后按質量比為1:5?1:6加入硫酸亞鐵和過氧化氫溶液，搖床振蕩10?15min后靜置反應I?2h ;
(2)用質量濃度為20%的氫氧化鈉溶液調節(jié)上述混合液pH至9?10，繼續(xù)慢速攪拌，在攪拌的過程中按摩爾比為1:2?1:4加入甲醛和碳酰胺，置于磁力攪拌機上，以300?400r/min的轉速攪拌均勻，再移入水浴鍋中水浴處理3?5h，水浴溫度為70?90°C ；
(3)水浴結束后，在攪拌狀態(tài)下逐滴滴入I?2mol/L的鹽酸溶液直至改性后的木質素磺酸鈉充分析出，并靜置2?3h后過濾，用乙醇溶液沖洗后移入真空抽濾機進行抽濾，將抽濾后的木質素磺酸鈉結晶放入真空干燥箱，在50?60°C下干燥，并將干燥后的木質素磺酸鈉研磨成50?60目的粉末，得到改性木質素磺酸鈉粉；
(4)取0.5?Imol六水合硝酸鋅和0.5?Imol草酸鈉分別在兩個研缽中研磨10?20min，之后將兩者移入同一研缽中，往里加入5?15g上述制得的改性木質素磺酸鈉粉末，繼續(xù)研磨20?30min，得膏狀混合物；
(5)將上述膏狀混合物放入超聲波清洗儀，加入去離子水，超聲清洗20?30min，固定超聲功率為100W，超聲頻率為58?60kHz，清洗完成后移入高速離心機，離心轉速為8000?9000r/min，分離出沉淀物，再用乙醇和去離子水分別清洗沉淀物2?3遍后二次離心分離得到沉淀物；
(6)將上述得到的沉淀物移入烘箱在60?70°C下恒溫干燥15?20h，得氧化鋅前驅體草酸鋅，再將前驅體放入馬弗爐經400?600°C的高溫煅燒2?3h，冷卻至室溫，即得一種改性木質素磺酸鈉制備的納米氧化鋅光催化劑。
[0007]將本發(fā)明的光催化劑投入待處理的染料廢水中，投加量為100?200mg/L，曝氣并光照，經光催化降解后檢測污水色度去除率達到80%以上。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:
(I)本發(fā)明利用改性木質素磺酸鈉為原料，其為造紙工業(yè)的副產物，來源豐富，價格低廉，廢物利用的同時生產出新的產品，且由其作為模板劑制得的納米氧化鋅光催化劑比表面積增加，顯示了優(yōu)異的光催化性能。
【具體實施方式】
[0009]稱取10?15g木質素磺酸鈉粉末放入100mL燒杯中，加入500?600mL蒸饋水，緩慢攪拌30?40min，并用0.2mol/L的醋酸調節(jié)pH至3?4，之后按質量比為1:5?1:6加入硫酸亞鐵和過氧化氫溶液，搖床振蕩10?15min后靜置反應I?2h ;
用質量濃度為20%的氫氧化鈉溶液調節(jié)上述混合液pH至9?10，繼續(xù)慢速攪拌，在攪拌的過程中按摩爾比為1:2?1:4加入甲醛和碳酰胺，置于磁力攪拌機上，以300?400r/min的轉速攪拌均勻，再移入水浴鍋中水浴處理3?5h，水浴溫度為70?90°C ;水浴結束后，在攪拌狀態(tài)下逐滴滴入I?2mol/L的鹽酸溶液直至改性后的木質素磺酸鈉充分析出，并靜置2?3h后過濾，用乙醇溶液沖洗后移入真空抽濾機進行抽濾，將抽濾后的木質素磺酸鈉結晶放入真空干燥箱，在50?60°C下干燥，并將干燥后的木質素磺酸鈉研磨成50?60目的粉末，得到改性木質素磺酸鈉粉；取0.5?Imol六水合硝酸鋅和0.5?Imol草酸鈉分別在兩個研缽中研磨10?20min，之后將兩者移入同一研缽中，往里加入5?15g上述制得的改性木質素磺酸鈉粉末，繼續(xù)研磨20?30min，得膏狀混合物；將上述膏狀混合物放入超聲波清洗儀，加入去離子水，超聲清洗20?30min，固定超聲功率為100W，超聲頻率為58?60kHz，清洗完成后移入高速離心機，離心轉速為8000?9000r/min，分離出沉淀物，再用乙醇和去離子水分別清洗沉淀物2?3遍后二次離心分離得到沉淀物；將上述得到的沉淀物移入烘箱在60?70°C下恒溫干燥15?20h，得氧化鋅前驅體草酸鋅，再將前驅體放入馬弗爐經400?600°C的高溫煅燒2?3h，冷卻至室溫，即得一種改性木質素磺酸鈉制備的納米氧化鋅光催化劑。
[0010]將本發(fā)明的光催化劑投入待處理的染料廢水中，投加量為100?200mg/L，曝氣并光照，經光催化降解后檢測污水色度去除率達到80%以上。
[0011]稱取1g木質素磺酸鈉粉末放入100mL燒杯中，加入500mL蒸餾水，緩慢攪拌30min，并用0.2mol/L的醋酸調節(jié)pH至3，之后按質量比為1:5加入硫酸亞鐵和過氧化氫溶液，搖床振蕩1min后靜置反應Ih ;
用質量濃度為20%的氫氧化鈉溶液調節(jié)上述混合液pH至9，繼續(xù)慢速攪拌，在攪拌的過程中按摩爾比為1:2加入甲醛和碳酰胺，置于磁力攪拌機上，以300r/min的轉速攪拌均勻，再移入水浴鍋中水浴處理3h，水浴溫度為70°C ;水浴結束后，在攪拌狀態(tài)下逐滴滴入Imol/L的鹽酸溶液直至改性后的木質素磺酸鈉充分析出，并靜置2h后過濾，用乙醇溶液沖洗后移入真空抽濾機進行抽濾，將抽濾后的木質素磺酸鈉結晶放入真空干燥箱，在50°C下干燥，并將干燥后的木質素磺酸鈉研磨成50目的粉末，得到改性木質素磺酸鈉粉；取0.5mol六水合硝酸