一种以细菌纤维素为模板的ZrTiO4纳米管制备方法技术

本发明专利技术涉及一种以细菌纤维素作为模板ZrTiO4纳米管光催化剂的制备，包括步骤：细菌纤维素的预处理、ZrTiO4纳米管的制备。本发明专利技术的有益效果是：该制备方法较为简单，制备条件容易控制，所制备的ZrTiO4纳米管催化剂具有无二次污染，光催化效率高等优点，具有一定的应用价值。

Preparation of ZrTiO4 nanotube with bacterial cellulose as template

The invention relates to the preparation of ZrTiO4 nanotube photocatalyst using bacterial cellulose as template, which comprises the steps of pretreatment of bacterial cellulose and preparation of ZrTiO4 nanotube. The preparation method is simple and the preparation conditions are easy to control. The prepared ZrTiO4 nanotube catalyst has the advantages of no secondary pollution and high photocatalytic efficiency, and has certain application value.

【技术实现步骤摘要】
一种以细菌纤维素为模板的ZrTiO4纳米管制备方法
本专利技术涉及一种以细菌纤维素为模板的ZrTiO4纳米管制备方法，属于光催化
这种光催化剂能有效调变TiO2的管状结构，研究其独特的构效关系，从而提高光催化效率。
技术介绍
为了实现光催化技术的进一步发展，新型光催化材料的研发迫在眉睫。尤其是能够开发出超越传统二氧化钛的新一代光催化材料。传统二氧化钛虽然具有独特的优势(例如稳定性好，低毒性，低成本，光激发空穴氧化性强)，但也有着明显的局限性，例如可见光活性差，光激发电子还原性弱。出于这个原因，通过形貌、表界面性质等的调控，寻找具有优异电子性能的新型氧化物具有极大的研究意义。钛酸锆(ZrTiO4)是一种含有等量钛和锆四价离子的氧化物。尽管TiO2的光催化性能已经研究了40多年，但对ZrO2的研究仍然相对较少。最近这种具有大带隙值的氧化物被掺杂不相容元素，已经在光催化中被证明具有一定的应用潜力。钛酸锆(ZrTiO4)、ZrTi2O6和硅斑石是ZrO2-TiO2相中唯一稳定的几个三元化合物。它们具有相同的结构(斜方Pbcn)，这与通过三配位氧连接的TiO6八面体晶体结构非常相似。值得注意的是，ZrTiO4相在1200℃以上也稳定。因此，研究和开发这种新型的复合光催化剂是十分有意义的。木醋杆菌产生的细菌纤维素纤维在许多方面优于植物纤维。它的结构类似于植物纤维素的结构，但是由宽度小于100nm的微原纤维带组成，它具有纳米级别的尺寸、极其发达的比表面积，且兼备力学性能、高温稳定性，这些都使之成为良好的模板剂选择对象。本申请书中，生物质基材料细菌纤维素首次被用来制备ZrTiO4纳米管。合成的ZrTiO4管径约在100nm左右，管壁较薄，比表面积较大，是具有前景的光催化降解材料。
技术实现思路
本专利技术解决其技术问题所采用的一个技术方案是：以生物质细菌纤维素做模板制备ZrTiO4纳米管，具体方法按照下述步骤进行：(1)细菌纤维素处理：细菌纤维素水凝胶由桂林奇宏科技有限公司提供，并对其进行再处理。将细菌纤维素水凝胶在NaOH水溶液中纯化，除去膜中的细菌和残余反应物，然后使用去离子水水洗至pH＝7.0。将水洗后的细菌纤维素剪成小块浸没到液氮中，进行冷冻干燥，获得具有分层结构的细菌纤维素气凝胶。；(2)ZrTiO4纳米管的制备：将钛酸四丁酯、丙醇锆加入到异丙醇中，再将细菌纤维素浸没其中，静置，使ZrTiO4的前驱体溶液附着在纤维的表面。向体系中加入水，常温下静置5h完成水解过程。取出产物，水洗数次，放入烘箱中烘干。将产物在700℃下，热解1小时，得到ZrTiO4纳米管。为了对比，在不加入细菌纤维素模板剂的情况下，经过相同的过程制备出ZrTiO4粉末。进一步地，所述的步骤(1)中NaOH溶液的浓度是1M，温度是90℃。进一步地，所述的步骤(1)中冷冻干燥的时间为12h～48h。进一步地，所述的步骤(2)中钛酸四丁酯、丙醇锆、异丙醇分别以体积比3：5：7混合形成的前驱体溶液。进一步地，所述的步骤(2)中热解是在空气下，升温速度是5℃/min。ZrTiO4纳米管光催化剂的应用，用于光催化降解亚甲蓝(MB)溶液，按照下述步骤进行：称取30mg催化剂放入试管中，加入50mL25mg/LMB溶液，用500W氙灯作为光源，进行光催化降解反应。暗反应时间为40min，光照后，每20min取次样，进行离心，进而测其吸光度。本专利技术的有益效果是：该制备方法较为简单，制备条件容易控制，所制备的ZrTiO4纳米管光催化剂为绿色环保高性能催化剂，无污染，催化效率高，具有一定的应用价值。附图说明下面结合附图对本专利技术进一步说明。图1是本专利技术实施例1制备得到的细菌纤维素扫描电镜图；图2是本专利技术实施例1制备得到的ZrTiO4纳米管催化剂的扫描电镜图；图3是本专利技术实施例1制备得到的ZrTiO4纳米管催化剂的X射线衍射图；图4是本专利技术实施例1制备得到的ZrTiO4纳米管催化剂的光降解亚甲蓝的浓度随光照时间变化图。具体实施方式现在结合具体实施例对本专利技术作进一步说明，以下实施例旨在说明本专利技术而不是对本专利技术的进一步限定。实施例1(1)细菌纤维素处理：细菌纤维素水凝胶由桂林奇宏科技有限公司提供。并对其进行再处理。将细菌纤维素水凝胶在NaOH水溶液中纯化，除去膜中的细菌和残余反应物，然后使用去离子水水洗至pH＝7.0。将水洗后的细菌纤维素剪成小块浸没到液氮中，进行冷冻干燥，获得具有分层结构的细菌纤维素气凝胶。；(2)ZrTiO4纳米管的制备：将钛酸四丁酯、丙醇锆加入到异丙醇中，再将细菌纤维素浸没其中，静置，使ZrTiO4的前驱体溶液附着在纤维的表面。向体系中加入水，常温下静置5h完成水解过程。取出产物，水洗数次，放入烘箱中烘干。将产物在700℃下，热解1小时，得到ZrTiO4纳米管。为了对比，在不加入细菌纤维素模板剂的情况下，经过相同的过程制备出ZrTiO4粉末。扫描电镜图如图1所示采用日本JSM-6360A型扫描电子显微镜观察实施例1制备的ZrTiO4纳米管催化剂的形貌。从扫描电镜图1中可以看出，细菌纤维素具有丰富的孔隙结构，是一个良好的模板选择对象，从图2中可以看出，ZrTiO4在细菌纤维素的表面生长的比较均匀，具有较高的比较面积，为光催化提供更多的活性位点。煅烧后的ZrTiO4纳米管空心结构明显，管壁较薄。实施例1所制备的ZrTiO4纳米管催化剂的晶相结构由日本理学D/max2500PC自转X-射线衍射仪分析，其中，X射线为Cu靶Kα电压40kV，电流100mA，步长为0.02°，扫描范围5°～80°。X射线衍射图谱如图3所示，如图3，根据文献中的方法所制备出的ZrTiO4粉末，与本实验中所得的ZrTiO4纳米管相比在晶型上并未发生改变。因此可得出结论，对ZrTiO4金属复合物形貌上进行优化能够改善其催化性能。(3)将实施例1中制备的ZrTiO4纳米管作为光催化剂降解亚甲蓝溶液，其中亚甲蓝溶液浓度为25mg/L，取ZrTiO4纳米管催化剂30mg，先暗反应40min使溶液达到吸附解吸平衡，再进行可见光催化反应，采用500W氙灯作为光源，每隔20min用滴管抽取3ml反应液于离心管中，放入高速离心机中离心3min后，后用紫外分光光度计测量光催化效果。实施例1所制备的ZrTiO4纳米管催化剂对亚甲蓝的降解性能如图4所示。由图4可见，利用模板剂制备出的空心ZrTiO4纳米管的降解效果要优于普通的ZrTiO4粉末。达到了使用模板剂的效果。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种以细菌纤维素为模板的ZrTiO4纳米管制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)细菌纤维素处理：细菌纤维素水凝胶由桂林奇宏科技有限公司提供，并对其进行再处理。将细菌纤维素水凝胶在NaOH水溶液中纯化，除去膜中的细菌和残余反应物，然后使用去离子水水洗至pH＝7.0。将水洗后的细菌纤维素剪成小块浸没到液氮中，进行冷冻干燥，获得具有分层结构的细菌纤维素气凝胶。；(2)ZrTiO4纳米管的制备：将钛酸四丁酯、丙醇锆加入到异丙醇中，再将细菌纤维素浸没其中，静置，使ZrTiO4的前驱体溶液附着在纤维的表面。向体系中加入水，常温下静置5h完成水解过程。取出产物，水洗数次，放入烘箱中烘干。将产物在700℃下，热解1h，得到ZrTiO4纳米管。为了对比，在不加入细菌纤维素模板剂的情况下，经过相同的过程制备出ZrTiO4粉末。

【技术特征摘要】
1.一种以细菌纤维素为模板的ZrTiO4纳米管制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)细菌纤维素处理：细菌纤维素水凝胶由桂林奇宏科技有限公司提供，并对其进行再处理。将细菌纤维素水凝胶在NaOH水溶液中纯化，除去膜中的细菌和残余反应物，然后使用去离子水水洗至pH＝7.0。将水洗后的细菌纤维素剪成小块浸没到液氮中，进行冷冻干燥，获得具有分层结构的细菌纤维素气凝胶。；(2)ZrTiO4纳米管的制备：将钛酸四丁酯、丙醇锆加入到异丙醇中，再将细菌纤维素浸没其中，静置，使ZrTiO4的前驱体溶液附着在纤维的表面。向体系中加入水，常温下静置5h完成水解过程。取出产物，水洗数次，放入烘箱中烘干。将产物在700℃下，热解...

【专利技术属性】
技术研发人员：周满，陈敬文，李忠玉，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32