一种木质光催化水凝胶及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种木质光催化水凝胶的制备方法，并具体公开了如下步骤：脱木素木材的制备

【技术实现步骤摘要】
一种木质光催化水凝胶及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及高分子复合材料
，具体涉及一种木质光催化水凝胶及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]自工业革命以来，有机染料因成本低和合成工艺简单，成为纺织
、
制药
、
食品
、
造纸等产业生产过程中必不可少的物质；然而，生产和使用过程中释放到水环境中的染料难以自然降解，导致水生态失衡，并威胁人体健康
。
[0003]废水处理问题中，处理技术的选择是决定废水处理效果的直接影响因素，基于半导体的光催化技术操作简单
、
效率高，同时显示出完全矿化污染物的潜力
。
半导体光催化技术需要高效的催化剂来提高其研究价值，其中溴氧化铋
(BiOBr)
作为一种典型的
Bi
基半导体光催化剂，因具有合适的带隙结构和较大的比表面积而备受关注，但其光生载流子分离效率低，光催化性能有待进一步提高
。
将光催化剂与碳材料复合，是增强光催化性能的一种方式，但碳材料种类和原料众多，急需筛选出一种适合与
BiOBr
复合的碳材料，增强
BiOBr
光催化性能，提升其对于染料废水的处理能力
。
[0004]此外，粉末状光催化剂在废水处理的实际使用中，普遍存在吸附能力差且不易回收的问题，木质水凝胶
(TW)
有望很好地负载粉末状催化剂，实现光催化剂的回收利用
。r/>木质水凝胶是一种基于脱木素木材
(DW)
的亲水聚合物的三维网络，水凝胶通过共价键，氢键，范德华力相互作用或物理缠结使聚合物链交联而形成，脱木素木材与水凝胶通过氢键作用连接
。
木质水凝胶以纤维素骨架为增强相，水凝胶为透明网络，从而赋予其高透光性和高强高韧性，与传统的脆性和不透光基体不同，其能充分发挥三维网络内部光催化剂的性能，且即使遭受外力水流击打也能保持基体材料的结构稳定性
。
[0005]聚丙稀酸
(PAA)
是一种价格低廉
、
适用性强且生物兼容性好的水凝胶，由丙烯酸单体
(AA)
聚合而成，活性官能团较多，易形成氢键，也易化学改性
。
此外，
PAA
折射率为
1.51
，与纤维素骨架的折射率
(1.53)
十分相近，根据折射率匹配原则可以消除界面间的光散射和反射，从而实现基体材料的高度透光
(
透射率
≈91
％
)
，因而，
PAA
是理想的纤维素骨架填充物
。
然而，通过旋涂法或者水热法在木质水凝胶表面负载光催化剂的方式容易造成光催化剂的剥落
。
[0006]为了在最大程度上保留木质水凝胶基体透光性的同时防止光催化粒子的剥落，用
BiOBr
基复合光催化剂替代传统的化学引发剂，
BiOBr
基复合光催化剂在可见光照射下可以产生多种自由基，自由基引发单体聚合成高分子聚合物链，随后通过键合作用或物理缠结使聚合物链交联而在木质水凝胶基体表面形成光催化封装层，
BiOBr
基复合光催化剂的加入使得具有核壳结构的木质光催化水凝胶的机械强度进一步提升，目前市场上还没有具有较好透光性能
、
机械性能及光降解性能的木质光催化水凝胶
。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种木质光催化水凝胶及其制备方法和应用，一方面利用木质基体的高透光性保证了光催化剂光降解性能的充分发挥，另一方面利用光催化剂引发原位聚合法解决了光催化剂在废水处理中不易回收以及在基体表层易脱落的问题，同时增强了木质水凝胶机械性能，实现木质光催化水凝胶在废水处理中循环利用的有机统一
。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采取如下技术方案：
[0009]一种木质光催化水凝胶的制备方法，包括如下步骤：
[0010]S1、
脱木素木材的制备：将木材原料加入到低共熔溶剂中，搅拌，随后冷却至室温，向体系中加入乙醇水溶液，继续搅拌，过滤，得到脱木素木材和滤液，备用；
[0011]S2、
木质水凝胶的制备：将
N,N'
‑
亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸铵加入到丙烯酸单体水溶液中，搅拌混合均匀，然后向其中加入步骤
S1
得到的脱木素木材，抽真空后进行聚合反应，待反应完成后，得到木质水凝胶；
[0012]S3、
铋
/
氮共掺杂碳点水溶液的制备：将步骤
S1
得到的滤液旋转蒸发，随后向体系中加入去离子水，搅拌混合物，得到木质素沉淀，然后将铋盐
、
尿素和木质素加入到去离子水中，超声分散均匀，在
180
‑
220℃
下水热反应6‑
10h
，待反应结束后，过滤，取上清液，透析，得到铋
/
氮共掺杂碳点水溶液；
[0013]S4、
复合光催化剂的制备：将铋
/
氮共掺杂碳点水溶液和溴氧化铋依次加入到去离子水中，搅拌混合均匀，在
120
‑
160℃
下水热反应4‑
8h
，待反应结束后，经洗涤
、
干燥，得到复合光催化剂；
[0014]S5、
木质光催化水凝胶的制备：将丙烯酸单体加入到去离子水中，再加入复合光催化剂和
N,N'
‑
亚甲基双丙烯酰胺，搅拌混合均匀，得到悬浮液，然后将木质水凝胶浸入悬浮液中，可见光照射下进行聚合反应，待反应结束后，即得到木质光催化水凝胶
。
[0015]优选的，步骤
S1
中，所述低共熔溶剂由氯化胆碱
、
乙二醇和草酸所组成，其中氯化胆碱
、
乙二醇和草酸的摩尔比为
1:1:1
‑
3。
[0016]优选的，步骤
S2
中，
N,N'
‑
亚甲基双丙烯酰胺的添加量占丙烯酸单体质量的
0.5
‑
1.5
％，过硫酸铵的添加量占
AA
单体质量的
0.1
‑
1.0
％，丙烯酸单体水溶液的质量分数为
30
‑
40
％
。
[0017]优选的，步骤
S2
中，聚合反应的温度为
60
‑
80℃
，聚合反应的时间为3‑
5h。
[0018]优选的，步骤
S3
中，铋盐
、
尿素和木质素的质量比为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种木质光催化水凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、
脱木素木材的制备：将木材原料加入到低共熔溶剂中，搅拌，随后冷却至室温，向体系中加入乙醇水溶液，继续搅拌，过滤，得到脱木素木材和滤液，备用；
S2、
木质水凝胶的制备：将
N,N'
‑
亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸铵加入到丙烯酸单体水溶液中，搅拌混合均匀，然后向其中加入步骤
S1
得到的脱木素木材，抽真空后进行聚合反应，待反应完成后，得到木质水凝胶；
S3、
铋
/
氮共掺杂碳点水溶液的制备：将步骤
S1
得到的滤液旋转蒸发，随后向体系中加入去离子水，搅拌混合物，得到木质素沉淀，然后将铋盐
、
尿素和木质素加入到去离子水中，超声分散均匀，在
180
‑
220℃
下水热反应6‑
10h
，待反应结束后，过滤，取上清液，透析，得到铋
/
氮共掺杂碳点水溶液；
S4、
复合光催化剂的制备：将铋
/
氮共掺杂碳点水溶液和溴氧化铋依次加入到去离子水中，搅拌混合均匀，在
120
‑
160℃
下水热反应4‑
8h
，待反应结束后，经洗涤
、
干燥，得到复合光催化剂；
S5、
木质光催化水凝胶的制备：将丙烯酸单体加入到去离子水中，再加入复合光催化剂和
N,N'
‑
亚甲基双丙烯酰胺，搅拌混合均匀，得到悬浮液，然后将木质水凝胶浸入悬浮液中，可见光照射下进行聚合反应，待反应结束后，即得到木质光催化水凝胶
。2.
根据权利要求1所述的木质光催化水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤
S1
中，所述低共熔溶剂由氯化胆碱
、
乙二醇和草酸所组成，其中氯化胆碱
、
乙二醇和草酸的摩尔比为
1:1:1
‑
3。3.
根据权利要求1所述的木质光催化水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤
S2
...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳一莹，李俊瑶，蒋剑春，韩景泉，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：