一种以改性木质素磺酸钠为模板制备纳米氧化锌光催化剂的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种以改性木质素磺酸钠为模板制备纳米氧化锌光催化剂的方法，属于半导体光催化材料技术领域。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。木质素磺酸钠作为模板在固相法纳米无机材料的制备领域，尚未见报道。木素磺酸钠是木素磺酸盐的一种，是造纸工业的副产物，其来源丰富，价格低廉，因其具有天然网状结构，具有超分子特性和高比表面积，具有很强的分散性，容易分散在水溶液中形成高分子盐溶液。具有较好的结合、络合及乳化能力，可做阴离子表面活性剂。
【发明内容】
[0005]本发明主要解决的技术问题:针对目前固相法多孔材料的制备中，一般是用聚乙二醇、十二烷基醇、聚乙二醇辛基苯基醚等作为前驱沉淀物的分散剂和模板剂，而这些模板剂价格都比较高的弊端，提供了一种以改性木质素磺酸钠为模板制备纳米氧化锌光催化剂的方法，该方法是以木质素磺酸钠和碳酰胺为原料，用甲醛作交联剂，进行氧化预处理然后胺化改性合成改性后的木质素磺酸钠，然后以所制备的木质素磺酸钠为模板固相制备纳米氧化锌光催化剂，经高温焙烧后木质素磺酸钠的部分基团被去除，留下孔隙结构，使得由木质素磺酸钠作模板剂制得的纳米氧化锌光催化剂比表面积增加，显示了优异的光催化性會K。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:
(1)称取10?15g木质素磺酸钠粉末放入100mL烧杯中，加入500?600mL蒸馈水，缓慢搅拌30?40min，并用0.2mol/L的醋酸调节pH至3?4，之后按质量比为1:5?1:6加入硫酸亚铁和过氧化氢溶液，摇床振荡10?15min后静置反应I?2h ;
(2)用质量浓度为20%的氢氧化钠溶液调节上述混合液pH至9?10，继续慢速搅拌，在搅拌的过程中按摩尔比为1:2?1:4加入甲醛和碳酰胺，置于磁力搅拌机上，以300?400r/min的转速搅拌均匀，再移入水浴锅中水浴处理3?5h，水浴温度为70?90°C ；
(3)水浴结束后，在搅拌状态下逐滴滴入I?2mol/L的盐酸溶液直至改性后的木质素磺酸钠充分析出，并静置2?3h后过滤，用乙醇溶液冲洗后移入真空抽滤机进行抽滤，将抽滤后的木质素磺酸钠结晶放入真空干燥箱，在50?60°C下干燥，并将干燥后的木质素磺酸钠研磨成50?60目的粉末，得到改性木质素磺酸钠粉；
(4)取0.5?Imol六水合硝酸锌和0.5?Imol草酸钠分别在两个研钵中研磨10?20min，之后将两者移入同一研钵中，往里加入5?15g上述制得的改性木质素磺酸钠粉末，继续研磨20?30min，得膏状混合物；
(5)将上述膏状混合物放入超声波清洗仪，加入去离子水，超声清洗20?30min，固定超声功率为100W，超声频率为58?60kHz，清洗完成后移入高速离心机，离心转速为8000?9000r/min，分离出沉淀物，再用乙醇和去离子水分别清洗沉淀物2?3遍后二次离心分离得到沉淀物；
(6)将上述得到的沉淀物移入烘箱在60?70°C下恒温干燥15?20h，得氧化锌前驱体草酸锌，再将前驱体放入马弗炉经400?600°C的高温煅烧2?3h，冷却至室温，即得一种改性木质素磺酸钠制备的纳米氧化锌光催化剂。
[0007]将本发明的光催化剂投入待处理的染料废水中，投加量为100?200mg/L，曝气并光照，经光催化降解后检测污水色度去除率达到80%以上。
[0008]本发明的有益效果是:
(I)本发明利用改性木质素磺酸钠为原料，其为造纸工业的副产物，来源丰富，价格低廉，废物利用的同时生产出新的产品，且由其作为模板剂制得的纳米氧化锌光催化剂比表面积增加，显示了优异的光催化性能。
【具体实施方式】
[0009]称取10?15g木质素磺酸钠粉末放入100mL烧杯中，加入500?600mL蒸馈水，缓慢搅拌30?40min，并用0.2mol/L的醋酸调节pH至3?4，之后按质量比为1:5?1:6加入硫酸亚铁和过氧化氢溶液，摇床振荡10?15min后静置反应I?2h ;
用质量浓度为20%的氢氧化钠溶液调节上述混合液pH至9?10，继续慢速搅拌，在搅拌的过程中按摩尔比为1:2?1:4加入甲醛和碳酰胺，置于磁力搅拌机上，以300?400r/min的转速搅拌均匀，再移入水浴锅中水浴处理3?5h，水浴温度为70?90°C ;水浴结束后，在搅拌状态下逐滴滴入I?2mol/L的盐酸溶液直至改性后的木质素磺酸钠充分析出，并静置2?3h后过滤，用乙醇溶液冲洗后移入真空抽滤机进行抽滤，将抽滤后的木质素磺酸钠结晶放入真空干燥箱，在50?60°C下干燥，并将干燥后的木质素磺酸钠研磨成50?60目的粉末，得到改性木质素磺酸钠粉；取0.5?Imol六水合硝酸锌和0.5?Imol草酸钠分别在两个研钵中研磨10?20min，之后将两者移入同一研钵中，往里加入5?15g上述制得的改性木质素磺酸钠粉末，继续研磨20?30min，得膏状混合物；将上述膏状混合物放入超声波清洗仪，加入去离子水，超声清洗20?30min，固定超声功率为100W，超声频率为58?60kHz，清洗完成后移入高速离心机，离心转速为8000?9000r/min，分离出沉淀物，再用乙醇和去离子水分别清洗沉淀物2?3遍后二次离心分离得到沉淀物；将上述得到的沉淀物移入烘箱在60?70°C下恒温干燥15?20h，得氧化锌前驱体草酸锌，再将前驱体放入马弗炉经400?600°C的高温煅烧2?3h，冷却至室温，即得一种改性木质素磺酸钠制备的纳米氧化锌光催化剂。
[0010]将本发明的光催化剂投入待处理的染料废水中，投加量为100?200mg/L，曝气并光照，经光催化降解后检测污水色度去除率达到80%以上。
[0011]称取1g木质素磺酸钠粉末放入100mL烧杯中，加入500mL蒸馏水，缓慢搅拌30min，并用0.2mol/L的醋酸调节pH至3，之后按质量比为1:5加入硫酸亚铁和过氧化氢溶液，摇床振荡1min后静置反应Ih ;
用质量浓度为20%的氢氧化钠溶液调节上述混合液pH至9，继续慢速搅拌，在搅拌的过程中按摩尔比为1:2加入甲醛和碳酰胺，置于磁力搅拌机上，以300r/min的转速搅拌均匀，再移入水浴锅中水浴处理3h，水浴温度为70°C ;水浴结束后，在搅拌状态下逐滴滴入Imol/L的盐酸溶液直至改性后的木质素磺酸钠充分析出，并静置2h后过滤，用乙醇溶液冲洗后移入真空抽滤机进行抽滤，将抽滤后的木质素磺酸钠结晶放入真空干燥箱，在50°C下干燥，并将干燥后的木质素磺酸钠研磨成50目的粉末，得到改性木质素磺酸钠粉；取0.5mol六水合硝酸