一种木质素基介孔二氧化钛光催化材料、制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种木质素基介孔二氧化钛光催化材料、制备方法及应用，该光催化材料具有高比表面积、良好的可见光响应性能，可以在光催化降解有机染料中有很好的应用；同时制备方法具有简单易行、价格低廉和重复性好等优点；本发明专利技术的木质素基介孔二氧化钛光催化材料，是以木质素为模板剂制得的介孔二氧化钛颗粒，其中所述的二氧化钛含有锐钛矿相和金红石相两种晶相。

A lignin based Mesoporous Titania Photocatalytic Materials, preparation method and Application

The invention discloses a lignin based Mesoporous Titania Photocatalytic Materials, preparation method and application of the photocatalytic materials with high specific surface area, good performance in response to visible light, can have very good application in the photocatalytic degradation of organic dye; at the same time the preparation method has the advantages of simple, low price and repeat good; lignin based mesoporous titanium dioxide photocatalytic material of the invention is based on lignin mesoporous TiO2 particles prepared by template, which contains the TiO2 anatase and rutile crystal phase two.

【技术实现步骤摘要】
一种木质素基介孔二氧化钛光催化材料、制备方法及应用
本专利技术涉及一种光催化材料、制备方法及应用，更具体地说涉及一种木质素基介孔二氧化钛光催化材料、制备方法及应用。
技术介绍
随着当今社会的不断发展，能源短缺和环境污染等问题日益严重，直接制约了人类社会的可持续发展。如何利用一种高效的手段来解决这些问题成为当务之急。众所周知，太阳能是一种取之不尽用之不竭的能源，如果能够充分利用太阳能，能源短缺与环境污染等问题将得到极大地缓解。现代工业排放的许多污染物用常规处理方法难以有效解决，其中有机染料(包括亚甲基蓝、罗丹明B、甲基橙等)一些常见的难降解污染物在织染等工业中有大量排放，已经造成了严重的环境污染。研究表明，利用半导体光催化剂在光照的条件下产生的活性物质可以有效分解这些有机染料污染物。因此，为了解决这类污染物带来的环境问题，近几十年来各国科学家对利用太阳能光解有机染料污染物进行了广泛而深入的研究，并取得了大量的进展。目前研究最多的半导体光催化材料是二氧化钛(TiO2)，但由于其半导体带隙能较大(3.2eV)，所以其光催化活性只能限制在光子能量较高的紫外光区域。然而太阳光的70％以上能量都集中在可见光区域，因此研究具有可见光响应性能的光催化剂具有重要意义。介孔二氧化钛具有较高的比表面积和连续的骨架，是一种非常有益的光催化材料。而用于光催化的二氧化钛通常以锐钛矿相或金红石相存在，研究发现锐钛矿相的光催化活性通常比金红石相的要高，所以大部分关于二氧化钛光催化的研究集中在锐钛矿晶相。最近的研究显示同种光催化材料的两种不同晶相具有不同的能量水平，两相界面有可能起到快速分离光生电子-空穴对的作用。例如，德国Degussa公司商用P-25光催化材料是由80％锐钛矿相和20％金红石相组成，其光催化活性超过了纯的锐钛矿相二氧化钛。目前商用二氧化钛基光催化剂如P25催化剂存在着比表面积小(50-70m2/g)，对自然光的吸收速率低，可见光光催化活性弱等技术问题。木质素是一种多环结构复杂、立体网状高分子有机物(见下式)，分子上存在醇羟基(a)、酚羟基(b)、羧基等官能团，有利于高分子结构修饰。在自然界中，木质素的储量仅次于纤维素，而且每年以数百亿吨的速度再生。制浆造纸工业每年要从植物中分离出大约1.4亿吨纤维素，同时得到5000万吨左右的木质素副产品，但迄今为止，超过95％的木质素或者以“黑液”直接排入江河，造成二次污染严重，或者浓缩后焚烧，很少得到有效利用。随着人类对环境污染和资源危机等问题的认识不断深入，木质素这类天然高分子所具有的可再生、可降解等性质日益受到重视。对其进行综合开发利用迫在眉睫，如果以木质素为基础，发挥其网状高分子有机物的特性，再充分结合介孔二氧化钛光催化活性则可以很好地解决上述存在的问题，同时为木质素的循环利用开辟了新的路径。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种木质素基介孔二氧化钛光催化材料，该光催化材料具有高比表面积、良好的可见光响应性能。本专利技术的另一个目的是提供上述木质素基介孔二氧化钛光催化材料的制备方法，该制备方法具有简单易行、价格低廉和重复性好等优点；同时本专利技术还提供该光催化材料在光催化降解有机染料中的应O用。本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术的木质素基介孔二氧化钛光催化材料，是以木质素为模板剂制得的介孔二氧化钛颗粒，其中所述的二氧化钛含有锐钛矿相和金红石相两种晶相。本专利技术上述的木质素基介孔二氧化钛光催化材料，其进一步的技术方案是所述的介孔二氧化钛颗粒粒径为5-20nm，比表面积为120-180m2/g。本专利技术上述的木质素基介孔二氧化钛光催化材料，其更进一步的技术方案是该介孔二氧化钛光催化材料是以木质素为模板剂、以四氯化钛为钛源，用直接水解法制备。本专利技术上述的木质素基介孔二氧化钛光催化材料的制备方法，其包括以下步骤：(1)取1-10g碱木质素粗品颗粒溶于10-200mL的5-20wt％NaOH溶液中，室温下搅拌3-12h，过滤，除去不溶物，得到木质素溶液；(2)在充分搅拌条件下，在得到的木质素溶液中滴加浓度为0.1-1.0mol/L的盐酸溶液，控制pH＝1-5，搅拌1-4h；过滤，将得到的沉淀固体水洗，再真空条件下80-100℃干燥，得到纯化木质素固体；(3)将得到纯化木质素固体配成浓度1-10g/L的木质素水溶液，在水浴保温20-40℃条件下，将四氯化钛水溶液，再缓慢滴加到10-1000mL的木质素溶液中，随后滴加浓度为0.1-1.0mol/L的盐酸溶液，控制pH＝1-5，快速搅拌得到混合物；将此混合物20-40℃下搅拌10-100min，随后加热到60-100℃下搅拌10-100min；加入氨水，调节pH＝7-8；再搅拌10-100min后，离心分离，得到无定形沉淀物；(4)将得到的无定形沉淀物过滤，室温下老化6-24h，得到凝胶物，再用去离子水洗涤3-4次，除去Cl-，再用无水乙醇洗涤1-2次，过滤后得到的固体产物在真空条件下80-100℃干燥，经球磨后，再于400-600℃下煅烧1-5h，得到的固体颗粒即为木质素基介孔二氧化钛光催化材料。本专利技术上述的制备方法，其进一步的技术方案是步骤(2)所述的水洗是用去离子水洗3-4次，真空条件下80-100℃干燥时间为8小时及以上。本专利技术上述的制备方法，其进一步的技术方案还可以是步骤(3)所述的四氯化钛水溶液是将0.1-10g四氯化钛加入到10-1000mL水中配成。本专利技术上述的制备方法，其进一步的技术方案还可以是步骤(4)所述的固体产物在真空条件下80-100℃干燥时间为8小时及以上。本专利技术上述的木质素基介孔二氧化钛光催化材料可以在光催化反应中很好的应用。本专利技术上述的木质素基介孔二氧化钛光催化材料可以在光催化降解有机染料中的应用；更进一步的技术方案是所述的有机染料为亚甲基蓝、罗丹明B或甲基橙。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：本专利技术的木质素基介孔二氧化钛光催化材料具有高比表面积、良好的可见光响应性能，比表面积可达120-180m2/g。同时制备方法具有简单易行、价格低廉和重复性好等优点；另外该木质素基介孔二氧化钛光催化材料可以很好地光催化降解有机染料，如在光催化降解亚甲基蓝时其降解量可达70％以上。附图说明图1为介孔二氧化钛(对比例1)、木质素基介孔二氧化钛(实施例1)的XRD谱图；图2(a)为介孔二氧化钛(对比例1)、木质素基介孔二氧化钛(实施例1)的N2吸附-脱附图；图2(b)为介孔二氧化钛(对比例1)、木质素基介孔二氧化钛(实施例1)的N2孔径分布图；图3介孔二氧化钛(对比例1)、木质素基介孔二氧化钛(实施例1)的可见光光催化降解亚甲基蓝的曲线图，参考为商业性DegussaP25光催化剂的降解曲线图。具体实施方式实施例1木质素基介孔二氧化钛光催化材料的制备(1)取1g碱木质素粗品颗粒溶于20mL的10wt％NaOH溶液中，室温下搅拌4h，过滤，除去不溶物，得到木质素溶液；(2)在充分搅拌条件下，往(1)得到的木质素溶液中滴加浓度为0.1mol/L的盐酸溶液，控制pH＝4，搅拌1h。过滤，将得到的沉淀固体用去离子水洗3-4次，真空条件下85℃干燥一夜，得纯化木质素固体；(3)将(2)得到的木质素固体配成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种木质素基介孔二氧化钛光催化材料，其特征在于是以木质素为模板剂制得的介孔二氧化钛颗粒，其中所述的二氧化钛含有锐钛矿相和金红石相两种晶相。

【技术特征摘要】
1.一种木质素基介孔二氧化钛光催化材料，其特征在于是以木质素为模板剂制得的介孔二氧化钛颗粒，其中所述的二氧化钛含有锐钛矿相和金红石相两种晶相。2.根据权利要求1所述的木质素基介孔二氧化钛光催化材料，其特征在于所述的介孔二氧化钛颗粒粒径为5-20nm，比表面积为120-180m2/g。3.根据权利要求2所述的木质素基介孔二氧化钛光催化材料，其特征在于该介孔二氧化钛光催化材料是以木质素为模板剂、以四氯化钛为钛源，用直接水解法制备。4.一种如权利要求1-3任一所述的木质素基介孔二氧化钛光催化材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)取1-10g碱木质素粗品颗粒溶于10-200mL的5-20wt％NaOH溶液中，室温下搅拌3-12h，过滤，除去不溶物，得到木质素溶液；(2)在充分搅拌条件下，在得到的木质素溶液中滴加浓度为0.1-1.0mol/L的盐酸溶液，控制pH＝1-5，搅拌0.5-4h；过滤，将得到的沉淀固体水洗，再真空条件下80-100℃干燥，得到纯化木质素固体；(3)将得到纯化木质素固体配成浓度1-10g/L的木质素水溶液，在水浴保温20-40℃条件下，将四氯化钛水溶液，再缓慢滴加到10-1000mL的木质素溶液中，随后滴加浓度为0.1-1.0mol/L的盐酸溶液，控制pH＝1-5，快速...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾晓利，吴志鹏，周徐亮，姚丽君，姚建峰，何明，罗振扬，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32