[发明专利]一种硫化锌负载萝卜衍生炭气凝胶材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于炭气凝胶材料制备技术领域，特指一种硫化锌负载萝卜衍生炭气凝胶材 料的制备方法。

背景技术

炭气凝胶作为一种轻质的纳米多孔材料，因为其具有高的孔隙率、大比表面等优点 在催化、吸附、电极材料、环境保护和能量储备等领域应用前景十分广泛。传统炭气凝 胶的制备方法通过炭化酚醛类有机气凝胶制备，需要高温碳化、超临界干燥工艺等一系 列操作，且酚类、醛类具有很大的毒性，对身体和环境有很大的危险性。

目前，以生物质为原料制备的新型的碳气凝胶成为了新的研究热点，由于其表面存 在丰富的表观基团，如C＝C、C＝O、-OH、C-O-C等，对其修饰、复合、改性等进 一步研究提供了良好的基础；同时该材料前驱体具有成本低廉、简单易得、环境友好等 优点。

硫化锌是一种具有电子束缚能力强、化学性能稳定、禁带宽、光电特性优良、无毒、 成本低等优良性能的半导体材料，在光学，电学，传感器，生物医学等领域有着广泛的 应用。相关文献也报道了采用新型碳材料比如石墨烯、石墨烯气凝胶等与光催化剂杂化 形成复合材料，提高了材料的光催化性能。申请号为CN201611165377.8的中国专利提 供了一种用作电极材料的石墨烯与硫化锌纳米复合材料的制备方法，该合成方法简单， 可重复性强，且降低成本更有利于工业化生产。专利申请号CN201611241695.8的中国 专利报道了一种制备石墨烯#硫化锌/硫化锌异质结可见光材料的制备方法，此方法除具 有简易和低耗能的优点外，异质结形成稳定，有利于工业化生产。但石墨烯前处理比较 复杂，合成过程会用到有毒有害的氧化剂和还原剂，同时还需要在高温环境下通入惰性 气体，增加了生产成本限制其在实际生产中的应用。

发明内容

本发明目的在于提供一种绿色环保、制备简单的低温水热法制备一种硫化锌负载萝 卜衍生炭气凝胶材料的制备方法。

本发明包括以下步骤：

1)将去皮的块状萝卜置于180℃～200℃下进行水热反应，得到生物质炭基湿凝胶；

2)将生物质炭基湿凝胶浸泡于硝酸锌水溶液中，再与硫代乙酰胺混合，在恒温条 件下反应，得到孔洞中附着硫化锌的炭气凝胶；

3)以乙醇和蒸馏水洗涤反应结束后的体系，取固相置于-15～-18℃温度条件下冷 冻24h，再经冷冻干燥，得到硫化锌负载萝卜衍生炭气凝胶材料。

生物质衍生物在低温下(一般低于200℃)进行水热碳化已成为制备可持续和廉价 多孔碳材料的常用方法，简单的说，多糖在水热下发生脱水降解反应形成呋喃中间体。 然后经历一系列的缩聚和Diels-Alder反应之后形成了微米尺寸的碳球，尺寸大小主要 取决于水热温度以及反应时间。所以利用多功能性和多样性的天然前躯体可制得化学功 能特性种类较多的炭基气凝胶材料。

本发明在步骤1)中以萝卜为原料制备生物质炭气凝胶；在步骤2)中硝酸锌中的 锌离子与硫代乙酰胺中的硫离子生成硫化锌沉淀并且附着在炭气凝胶的孔洞中；经过步 骤3)的洗涤，可去除湿凝胶中的杂质离子，再经过冷冻干燥，取得具有较强负载牢度 的硫化锌负载萝卜衍生炭气凝胶材料。将其应用于处理染料废水，既实现废弃物的资源 化利用，又可有效处理染料废水，达到以废治废的目的。

具体特点：

1、本发明在制备硫化锌负载萝卜衍生炭气凝胶材料过程中无需添加任何表面活性 剂或模板剂，不使用有机溶剂。

2、本发明制备的硫化锌负载萝卜衍生炭气凝胶材料具有原料丰富，操作简便，设 备简单，运行成本低等优点。

3、本发明制得的硫化锌负载萝卜衍生炭气凝胶材料对亚甲基蓝等染料具有良好的 光降解效果，在可见光照射下180min时降解率达到91％。

进一步地，本发明所述步骤1)中，将水热反应取得的物质先以蒸馏水洗涤，再以 40℃～45℃的体积百分比为80％的乙醇的水溶液浸泡洗涤两次，然后冷却至室温，最 后以蒸馏水清洗一次，取得生物质炭基湿凝胶。

所述步骤2)中，所述反应的温度条件为60℃～70℃反应6h。

所述步骤2)中，所述生物质炭基湿凝胶与硝酸锌的混合质量比为20～30∶1。

所述步骤2)中，所述孔洞中附着硝酸锌的炭气凝胶与硫代乙酰胺的质量比为90～ 100∶1。

所述步骤3)中，所述冷冻干燥的温度环境为-55℃，冷冻干燥时间为12h。

附图说明

图1为本发明方法制成的硫化锌负载萝卜衍生炭气凝胶材料的XRD谱图。

图2为实施例1制备样品光催化降解亚甲基蓝的光降解图。