[发明专利]木素胺模板法固相制备纳米氧化锌光催化剂的方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体光催化材料技术领域，涉及以木素胺为模板分子制备纳米氧化锌光催化剂的方法，尤其涉及一种木素胺模板法固相制备纳米氧化锌光催化剂的方法。

背景技术

纳米氧化锌（ZnO）作为一种新型高效的半导体光催化功能材料，在有机污染物降解方面表现出很高的量子产率，在常温常压下即能将某些生物难降解的有毒有机污染物有效降解甚至矿化，且其成本低廉、产物无二次污染，在光催化领域显示了极好的的应用前景。

固相化学反应法制备纳米ZnO，较气相法、液相法相比，无需溶剂，工艺简单，成本低廉、反应可控，转化率高，能耗较低，污染较少，粉体颗粒少团聚、产量较大。这些特点符合当今社会绿色化学发展的要求，在纳米材料的合成方面显示了较大的优势，正逐步发展成为合成领域的一个小小分支。

在固相法多孔材料的制备中，常用聚乙二醇、十二烷基醇、聚乙二醇辛基苯基醚等作为前驱沉淀物的分散剂和模板剂。木素胺作为模板在固相法纳米无机材料的制备领域，尚未见报道。木质素是天然高分子化合物，为造纸黑液的主要成分，木质素的综合利用是造纸黑液治理的关键步骤。来源于木质素接枝改性的木素胺，具有价廉、无毒、易得等优点，在本发明中使用木素胺作模板剂制得的纳米氧化锌光催化剂显示了优异的光催化性能。

发明内容

本发明的目的是采用木素胺为模板剂，通过固相法并经过不同温度煅烧来制备纳米氧化锌光催化剂，工艺简单，原料易于得到，成本低廉，有利于工业化生产。

本发明的技术方案是：一种木素胺模板法固相制备纳米氧化锌光催化剂的方法，先将木质素合成为木素胺，然后以所制备的木素胺为模板固相制备纳米氧化锌光催化剂。

本发明的一个较优公开例中，所述的木素胺的合成步骤如下：

A、室温下称取一定质量的木质素，加入去离子水和NaOH，磁力搅拌10-20min后，加入一定体积的甲醛，搅拌10-20min，再加入一定体积的胺，继续搅拌10-20min，所述的木质素：去离子水：NaOH：甲醛：胺的比为4-10g：30-60ml：0.5-1.0g：0.5-2.5 mL：1.5-4.8mL； 

B、将上述溶液在60-90℃温度下回流3-5h，冷却至室温，过滤；

C、在滤液中加入10%的铁氰化钾溶液，待完全沉淀后，减压抽滤，用去离子水多次洗涤除去多余的铁氰化钾后，将滤饼放入恒温干燥箱中干燥10-12h，所述的干燥箱温度为50-60℃。

本发明的一个较优公开例中，所述的以所制备的木素胺为模板固相制备纳米氧化锌光催化剂的反应步骤如下：

A、取等物质的量的固态锌盐和草酸钠分别研磨10-20 min，转移到同一研钵中，加入上述制备的木素胺于该研钵中继续研磨20-30min，得膏状混合物，所述的锌盐与木素胺以0.1mol：1~3g比例混合；

B、将所得膏状混合物用去离子水超声清洗，离心分离，沉淀用无水乙醇清洗2-3遍，再用去离子水清洗3-5遍，离心分离；

C、将分离后的固体放入恒温干燥箱中干燥10-12h，所述恒温干燥箱的温度为50-60℃；

D、最后将干燥后的固体于300-600℃温度下焙烧2-3h。

本发明的一个较优公开例中，所述的木质素为碱木质素。

本发明的一个较优公开例中，所述的胺是乙烯二胺，二乙烯三胺，三乙烯四胺、四乙烯五胺、己二胺中的任一种。

本发明的一个较优公开例中，所述的锌盐为硝酸锌。

按照本发明所公开的方法制备得到的纳米氧化锌光催化剂，平均粒径为18~60nm，六方晶系铅锌矿结构。

按照本发明所公开的方法制备得到的纳米氧化锌光催化剂，应用于各种印染废水的处理，能彻底氧化降解水中有机污染物，在处理有机物废水中具有良好的应用前景。

本实验所用的试剂皆为分析纯，碱木质素（粗木质素）为工业级，均为市售。

光催化降解实验：

配制1L 20mg·L^-1的甲基橙溶液，取0.1g 制得的纳米ZnO光催化剂加入其中，超声处理30min使其混合均匀，置于SGY-1多功能光化学反应仪(南京斯东柯电气设备有限公司，紫外光主波长365nm)中无光搅拌吸附20min达到物理吸附和脱附平衡，随后打开光源进行光催化反应，反应时间1h，每隔10min取样，对取样样品进行高速离心分离，用7220分光光度计（北京瑞利分析仪器公司）在463nm处测定上层清夜的吸光度，根据吸光度值的变化求得甲基橙的降解率。