一种木质素碳制造技术

本发明专利技术公开了一种木质素碳

【技术实现步骤摘要】
一种木质素碳/氧化锌纳米复合材料及其制备与应用


[0001]本专利技术属于有机
/
无机杂化复合材料
，具体涉及一种花状木质素碳
/
氧化锌纳米复合材料及其制备与应用
。

技术介绍

[0002]染料废水是一种特征有机污染废水，具有有机物浓度高
、
毒性强
、
难降解等特点，会严重影响生态环境
。
因此，对于有机污水的治理迫在眉睫
。
经过研究，人们发现降解有机物的方法包括微生物降解有机物
、
高级氧化技术等
。
但是这些方法存在催化效率低
、
回收困难
、
成本较高
、
产生二次污染等缺点
。
随着人们的研究和治理方法的不断改进，高级氧化法
(AOPs)
已作为传统处理方法的替代方法而被受关注
。AOPs
主要包括
:
光催化氧化法
、
电化学氧化法
、
臭氧氧化法
、Fenton
氧化法和催化湿式氧化法
。
在这些方法之中，光催化氧化法对于除去难降解有机物有着较好效果，并且具有反应条件温和
、
无二次污染
、
无毒无害
、
能耗低
、
催化剂稳定且可循环利用等优点受到科学家们的关注
。
光催化是光子产生的电荷
‑r/>载流子对的能量等于或大于带隙能量，由于能量的这种变化，电子和空穴的形成，产生了氢氧化物和其他自由基，用于分解有机污染物
。
其中纳米
ZnO
材料因其量子效率高
、
原料来源广泛
、
制备方法多样
、
光催化效果优良
、
无毒无害等原因成为一种十分具有研究价值的半导体光催化材料
。
[0003]作为一种新的
Ⅱ‑Ⅵ
族半导体材料，
ZnO
具有独特的光电性质和化学稳定性
、
热稳定性，但是
ZnO
中存在的各种缺陷对其性质肯定会产生重要的影响
。ZnO
中固有的本征缺陷主要有六种：氧空位
V
O
，锌空位
V
Zn
，氧填隙
O
i
，锌填隙
Zn
i
，反位氧
O
Zn
，反位锌
Zn
O
。
在这之中，
V
O
、Zn
i
和
Zn
O
是施主型缺陷，
V
Zn
、O
i
和
O
Zn
为受主型缺陷
。
而
V
O
、Zn
i
是氧化锌半导体中主要的缺陷能级，故这两种缺陷被认为是引起本征氧化锌为
n
型半导体的主要原因
。
因此常常需要通过和一些物质负载或者掺杂一定浓度的特定元素等其他改性方法来提高相应的性能
。
[0004]木质素是植物界中储量仅次于纤维素的第二大生物质资源，木质素的分子结构中存在着芳香基
、
酚羟基
、
醇羟基
、
碳基共扼双键等活性基团，因此可以进行氧化
、
还原
、
脱甲氧基
、
羧基化
、
磺化
、
烷基化
、
卤化
、
硝化
、
缩聚或接枝共聚等许多化学反应，有着广大的发展前景
。
其中，碱木质素主要来源于造纸黑液，其碱性大颜色深，臭味重，泡沫多，且严重消耗水中溶解氧
。
如果任其排放，大量的有机物和残碱将随废水排入江河湖泊，严重污染环境，既浪费国家宝贵的资源，又给工业
、
农业
、
渔业生产和人民身体健康带来极大的危害，必须对黑液进行处理，并同时对黑液中的固形物进行回收，因此，将黑液中的大量碱木质素利用起来很有意义
。
碱木质素是一种阴离子有机化合物，既有亲水部分，又有疏水部分，因而具有阴离子表面活性剂作用
。
用碱木质素的特点和氧化锌结合起来，既能弥补氧化锌的缺陷又能促进其优势，而且还能解决碱木质素的环境问题，将木质素高值化利用
。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术中氧化锌在光催化剂光吸收范围窄，光生载流子转移慢
、
复合率高等不足之处，本专利技术的首要目的在于提供一种花状木质素碳
/
氧化锌纳米复合材料的制备方法
。
[0006]本专利技术采用木质素作为表面离子活性剂和碳源，通过两步法在高温条件下煅烧制备不同形貌高催化性能的木质素碳
/
氧化锌纳米复合材料
。
该工艺方法简便
、
原料易得
、
成本低等优势
。
[0007]本专利技术的另一目的在于提供上述制备方法制得的一种花状木质素碳
/
氧化锌纳米复合材料
。
[0008]本专利技术的再一目的在于提供上述一种花状木质素碳
/
氧化锌纳米复合材料在光催化领域中的应用
。
[0009]本专利技术目的通过以下技术方案实现：
[0010]一种花状木质素碳
/
氧化锌纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0011](1)
将木质素醇溶液和锌盐水溶液混合均匀，滴加沉淀剂溶液，再加入水，加热反应，洗涤，干燥，得到木质素碳
/
氧化锌纳米复合材料前驱物；
[0012](2)
将木质素碳
/
氧化锌纳米复合材料前驱物进行煅烧，得到花状木质素碳
/
氧化锌纳米复合材料
。
[0013]优选地，步骤
(1)
中木质素为碱木质素
、
硫酸盐木质素
、
木质素磺酸盐和酶解木质素中的至少一种
。
[0014]优选地，步骤
(1)
中木质素和锌盐的比例为
(0.5
～
2.0)g
：
(0
～
10)mmol
，锌盐不为0；进一步优选为
(0.5
～
2.0)g
：
10mmol
；更进一步优选为
(1.5
～
2.0)g
：
10mmol
；最优选为
2.0g
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种木质素碳
/
氧化锌纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)
将木质素醇溶液和锌盐水溶液混合均匀，滴加沉淀剂溶液，再加入水，
60
～
100℃
加热反应
20
～
60min
，洗涤，干燥，得到木质素碳
/
氧化锌纳米复合材料前驱物；
(2)
将木质素碳
/
氧化锌纳米复合材料前驱物进行
450
～
550℃
煅烧，得到木质素碳
/
氧化锌纳米复合材料；步骤
(1)
中木质素和锌盐的比例为
(0.5
～
2.0)g
：
(0
～
10)mmol
，锌盐不为0；步骤
(1)
中沉淀剂和锌盐的摩尔比为4～8：
1。2.
根据权利要求1所述一种木质素碳
/
氧化锌纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤
(1)
所述加热反应的温度为
60
～
80℃
；时间为
20
～
40min
；步骤
(2)
所述煅烧的温度为
500
～
550℃
；步骤
(2)
所述煅烧的时间为1～
3h。3.
根据权利要求1所述一种木质素碳
/
氧化锌纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤
(1)
中木质素和锌盐的比例为
(0.5
～
2.0)g
：
10mmol
；步骤
(1)
中沉淀剂和锌盐的摩尔比为4～6：
1。4.
根据权利要求2所述一种木质素碳
/
氧化锌纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤
(1)
所述加热反应的温度为
60
～
7℃
；时间为
30
～
40min
；步骤
(2)
所述煅烧的温度为
550℃
；步骤
(2)
所述煅...

【专利技术属性】
技术研发人员：林绪亮，卫政涛，邱学青，王晓菲，陈理恒，张文礼，俎喜红，刘启予，朱东雨，符方宝，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：