一种生物质基金属负载型材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种生物质基金属负载型材料及其制备方法和应用，本发明专利技术采用木质素‑单宁复合微纳颗粒为载体，载体同时具备还原金属、锚定和分散金属的特点，无需加入额外的还原剂还原金属离子，也无需加入表面活性剂分散金属颗粒，就能够较好的将金属还原并高度分散固定在复合微纳颗粒载体上，且金属的负载率较高。除此之外，采用木质素‑单宁复合微纳颗粒作为载体负载金属，只需将木质素‑单宁复合微纳颗粒载体和金属前驱体混合搅拌，无需煅烧，就能够将金属以较高的负载率负载到木质素‑单宁复合微纳颗粒载体上。

【技术实现步骤摘要】
一种生物质基金属负载型材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及金属负载型材料领域，具体而言，涉及一种生物质基金属负载型材料及其制备方法和应用。
技术介绍
金属负载型材料广泛应用于催化、生物治疗、传感等领域，现有技术的金属负载型材料的制备方法主要为浸渍法和原位生长法。浸渍法一般是先通过浸渍金属前驱体溶液的方法使金属附着在载体上，再通过高温煅烧，将金属前驱体转变为金属氧化物，最后还需以氢气为还原剂在高温条件下进行还原反应，将载体上的金属氧化物还原为金属单质。浸渍法先高温煅烧再高温还原，多次使用高温条件，能耗大，过程繁琐，并且在煅烧过程中排出的大量氮氧化物或硫氧化物会造成环境污染，除此之外，氢气的使用还存在潜在的安全风险。原位生长法过程通常为：向混有表面活性剂的金属前驱体溶液中加入硼氢化钠、氨基酸、葡萄糖等还原剂，获得金属单质颗粒的胶体溶液；然后再将胶体溶液与载体混合，通过表面活性剂的作用将金属颗粒附着在载体上；最后再通过煅烧移除表面活性剂。原位生长法步骤繁琐，使用了过量的还原剂和表面活性剂，不仅增加了成本，还对环境造成污染。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
基于上述缺陷，本专利技术的目的在于提供一种生物质基金属负载型材料，本专利技术采用木质素-单宁复合微纳颗粒为载体，载体同时具备还原金属、锚定和分散金属的特点，无需加入额外的还原剂还原金属离子，也无需加入表面活性剂分散金属颗粒，就能够较好的将金属还原并高度分散固定在复合微纳颗粒载体上，且金属的负载率较高。除此之外，采用木质素-单宁复合微纳颗粒作为载体负载金属，只需将木质素-单宁复合微纳颗粒载体和金属前驱体混合搅拌，无需煅烧，就能够将金属以较高的负载率负载到木质素-单宁复合微纳颗粒载体上。本专利技术的另一目的在于提供一种生物质基金属负载型材料的制备方法。本专利技术制备方法简单，操作简便，制备过程中无需加入额外的还原剂和表面活性剂，只需将木质素-单宁复合微纳颗粒载体和金属前驱体混合搅拌，就能够较好的将金属还原并高度分散固定在复合微纳颗粒载体上，且金属的负载率较高，过程中无需煅烧。本专利技术是这样实现的：一种生物质基金属负载型材料，生物质基金属负载型材料中包含木质素-单宁复合微纳颗粒载体和负载在所述木质素-单宁复合微纳颗粒载体表面的金属单质。本专利技术采用木质素-单宁复合微纳颗粒为载体，作为载体的同时具备还原金属、锚定和分散金属的特点，无需加入额外的还原剂还原金属离子，也无需加入表面活性剂分散金属颗粒，就能够较好的将金属还原并高度分散固定在复合微纳颗粒载体上，且金属的负载率较高。除此之外，采用木质素-单宁复合微纳颗粒作为载体负载金属，只需将木质素-单宁复合微纳颗粒载体和金属前驱体混合搅拌，无需煅烧，就能够将金属以较高的负载率负载到木质素-单宁复合微纳颗粒载体上。所述的木质素-单宁复合微纳颗粒载体为以木质素-单宁混合流体为原料制备得到。本专利技术的木质素-单宁复合微纳颗粒载体的制备原理是：由于木质素分子和单宁分子结构中苯环的π-π相互作用，木质素分子和单宁分子都具有自组装能力，但木质素分子的自组装能力更强，木质素分子诱导更多的单宁分子与木质素分子共同自组装，形成较为稳定的微纳颗粒。该颗粒由致密团聚的苯环为核，以亲水性基团为壳，单宁分子中丰富的邻酚羟基富集在微纳颗粒的亲水性壳表面，这种结构不仅使微纳颗粒表面富集的邻酚羟基能够很好的络合金属，而且提高了对金属离子的还原性，并将金属单质的颗粒锚定并高度分散在木质素-单宁复合微纳颗粒载体的表面。因此本专利技术木质素-单宁复合微纳颗粒载体不仅对金属的还原性强，而且同时显著提高金属在木质素-单宁复合微纳颗粒载体上的负载率。所述的金属单质包括金、铂、钯、铑、银或钌中任意一种；优选的，所述的金属单质为金、铂或钯中任意一种。所述木质素-单宁混合流体中木质素和单宁的总固含量为1～20mg/mL，所述木质素和所述单宁的质量比为1～9:9～1；优选的，所述木质素和所述单宁的质量比1～3:3～1。此溶质比保证了本专利技术木质素-单宁复合微纳颗粒载体的收率较高的同时，木质素-单宁复合微纳颗粒载体还同时具备较好的还原性和负载率。若木质素-单宁混合流体中木质素含量过低，单宁含量过高，会造成载体的收率较低，导致生物质基金属负载型材料的收率过低；若木质素-单宁混合流体中木质素含量过高，单宁含量过低，会造成生物质基金属负载型材料的金属负载率低，还原性差。所述生物质基金属负载型材料的制备方法，制备步骤包括：将木质素流体和单宁流体混合得到木质素-单宁混合流体，将所述木质素-单宁混合流体通过溶剂交换法制备得到木质素-单宁复合微纳颗粒，将金属前驱体加入分散有所述木质素-单宁复合微纳颗粒的水溶液中，搅拌后，分离得到生物质基金属负载型材料。本专利技术制备方法简单，操作简便，制备过程中，无需加入额外的还原剂和表面活性剂，只需将木质素-单宁复合微纳颗粒载体和金属前驱体混合搅拌，就能够较好的将金属还原并高度分散固定在复合微纳颗粒载体上，且金属的负载率较高，无需煅烧。所述木质素流体和所述单宁流体的溶剂均为有机溶剂，或有机溶剂和水的混合溶液；所述混合溶液中，有机溶剂与水的体积比为1～9:9～1，优选为1～4:1；所述有机溶剂为中强极性有机溶剂；所述中强极性有机溶剂包括甲醇、乙醇、丙酮、四氢呋喃或戊内酯中任意一种。所述木质素流体和单宁流体可以为市售所得，也可以采用溶剂热法制备提取。当市售所得时，需要将木质素和单宁固体粉末成品分别溶于有机溶剂、或有机溶剂和水的混合溶液得到木质素流体和单宁流体；所述混合溶液中，有机溶剂与水的体积比为1～9:9～1，优选为1～4:1。所述有机溶剂为包括甲醇、乙醇、丙酮、四氢呋喃或戊内酯等中强极性的有机溶剂。当采用溶剂热法提取时，提取所述木质素流体的原料为含有木质素的木质纤维素类生物质，包括竹子、秸秆、玉米芯或稻草等；提取所述单宁流体的原料为含有单宁的生物质，包括杨梅树皮、黑荆树皮、橡椀或茶叶等。所述的溶剂热法为：将含木质素和单宁的生物质原料分别放入有机溶剂，或体积比为1～9:9～1的有机溶剂和水的混合溶液中；所述有机溶剂为包括甲醇、乙醇、丙酮、四氢呋喃或戊内酯的中强极性有机溶剂，原料在溶剂中的含量为20g/L～200g/L，采用常压冷凝回流反应器或高压反应釜进行提取。所述木质素流体的提取温度为120～260℃，优选为160～220℃，提取时间为0.5～4h，优选为1～2h。所述单宁流体的提取温度在20～140℃，优选为40～100℃，提取时间为0.5～6h，优选为1～4h。所述的溶剂交换法包括将水注入所述木质素-单宁混合流体中；或者将所述木质素-单宁混合流体中注入水中；或者采用透析法。溶剂交换法后，水成为主要溶剂，完成溶剂的变化。所述木质素-单宁复合微纳颗粒制备过程中，溶剂交换法后，进行离心，洗涤，真空冷冻干燥，即得木质素-单宁复合微纳颗粒。所述金属前驱体的金属种类包括金、铂、钯、铑、银或钌中任意一种；所述金属前驱体包括金属盐、金属酸或金属酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物质基金属负载型材料，其特征在于，生物质基金属负载型材料中包含木质素-单宁复合微纳颗粒载体和负载在所述木质素-单宁复合微纳颗粒载体表面的金属单质。/n

【技术特征摘要】
1.一种生物质基金属负载型材料，其特征在于，生物质基金属负载型材料中包含木质素-单宁复合微纳颗粒载体和负载在所述木质素-单宁复合微纳颗粒载体表面的金属单质。


2.根据权利要求1所述的生物质基金属负载型材料，其特征在于，所述的木质素-单宁复合微纳颗粒载体为以木质素-单宁混合流体为原料制备得到；
所述的金属单质包括金、铂、钯、铑、银或钌中任意一种；优选的，所述的金属单质为金、铂或钯中任意一种。


3.根据权利要求2所述的生物质基金属负载型材料，其特征在于，所述木质素-单宁混合流体中木质素和单宁的总固含量为1～20mg/mL，所述木质素和所述单宁的质量比为1～9:9～1；优选的，所述木质素和所述单宁的质量比1～3:3～1。


4.一种权利要求1-3任意一项所述生物质基金属负载型材料的制备方法，其特征在于，制备步骤包括：
将木质素流体和单宁流体混合得到木质素-单宁混合流体，将所述木质素-单宁混合流体通过溶剂交换法制备得到木质素-单宁复合微纳颗粒，将金属前驱体加入分散有所述木质素-单宁复合微纳颗粒的水溶液中，搅拌后，分离得到生物质基金属负载型材料。


5.根据权利要求4所述的生物质基金属负载型材料的制备方法，其特征在于，所述木质素流体和所述单宁流体的溶剂均为有机溶剂，或有机溶剂和水的混合溶液；所述混合溶液中，有机溶剂与水的体积比为1～9:9～1，优选为1～4:1；
所述有机溶剂为中强极性有机溶剂；所述中强极性有机溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋智成，石碧，郭兴杰，黄鑫，周建飞，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51