[發明專利]一種納米晶纖維素模板制備光催化劑的方法

在審

• 申請號: 201711370138.0
• 申請日: 2017-12-13
• 公開（公告）號: CN108043399A
• 公開（公告）日: 2018-05-18
• 發明（設計）人: 潘明珠;黃慧玲;魏留洋;梅長彤;周曉燕
• 申請（專利權）人: 南京林業大學
• 主分類號: B01J23/66
• 分類號: B01J23/66;B01J37/03;B01J37/16;B01J37/08;C02F1/30;C02F101/36;C02F101/38
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本發明公開一種納米晶纖維素模板制備光催化劑的方法，屬于光催化劑制備領域。所述納米晶纖維素模板制備光催化劑的方法，是在無水乙醇中加入納米晶纖維素膠體、醋酸鋅、硝酸銀、硼氫化鈉，得到NCC/ZnO/Ag復合物。該復合物經離心洗滌、真空冷凍干燥和高溫煅燒，制成具有高催化能力的ZnO/Ag光催化劑。本發明制備的光催化劑借助納米晶纖維素的高比表面積，賦予ZnO/Ag光催化劑高的比表面積和反應活性。性能測試表明：以納米晶纖維素模板制備得到的ZnO/Ag光催化劑在可見光下光照2h內對20mg/L亞甲基藍的光催化降解率達到85～95％。

技術領域

本發明涉及光催化劑制備領域，具體涉及一種通過納米晶纖維素模板制備可見光下具有高催化能力光催化劑的方法。

背景技術

納米ZnO作為一種寬帶隙(3.37eV)和高結合能(～60meV)光催化材料，具有無毒、高電子遷移率、理化性質穩定以及較高的光催化活性等特點。在紫外光或可見光下，納米ZnO價帶上的電子被激發到導帶，形成電子-空穴對，與有機物反應生成自由基，將有機物氧化成水和二氧化碳。

采用納米晶纖維素(nanocrystalline cellulose，NCC)為模板原位聚合制備NCC/ZnO復合膠體是近年來提高納米ZnO催化活性的一個新方法。發明專利CN 106700784 A公開了一種通過NCC的吸附和ZnO光催化協同降解人造板甲醛的方法。但是由于納米ZnO禁帶寬度的限制，一般只在紫外光下具有很高的催化活性，可見光利用率低，而且光生電子-空穴對易于復合從而降低了NCC/ZnO復合膠體的光催化效率。貴金屬Ag摻雜NCC/ZnO復合膠體，利用Ag表面等離子體共振效應，使得納米ZnO中載流子重新分布形成肖特基勢壘，其作為“電子陷阱”能夠有效地俘獲電子，降低光生電子和空穴的復合，增強其對可見光的吸收。發明專利CN 107189584 A公開了一種通過Ag摻雜NCC/ZnO的水性聚丙烯酸涂料及其制備方法，有效提高水性聚丙烯酸涂料在可見光下對室內有機揮發物(Volatile organiccompounds，VOC)的降解效率。

盡管上述公開的材料都提及以NCC為模板制備ZnO及Ag摻雜ZnO光催化劑的方法。然而，兩個文件仍然存在不足：(1)限制了光催化劑的用途——分別使用在人造板和水性聚丙烯酸涂料的降醛方面；(2)光催化效率不高。發明專利CN 106700784 A提及紫外光下人造板甲醛濃度下降率達到65～88％；發明專利CN 107189584 A提及可見光下甲醛的光催化降解率達到30.3～45.2％。進一步提高光催化劑在可見光下的催化效率，擴大光催化劑的使用范圍是追求的目標。

發明內容

本發明的目的：提供一種采用納米晶纖維素為模板制備可見光下具有高催化能力光催化劑的方法。

本發明的技術解決方案：在無水乙醇中依次加入納米晶纖維素膠體、醋酸鋅、硝酸銀、硼氫化鈉，制得NCC/ZnO/Ag復合物，該復合物經離心洗滌、冷凍干燥和高溫煅燒，制成具有高催化能力的ZnO/Ag光催化劑。具體方法如下：

(1)按質量比1.5～2.5∶100稱取納米晶纖維素、去離子水，充分混合，在冰水浴中進行超聲分散，得到質量分數為1.5～2.5％的納米晶纖維素膠體；

(2)按質量比100∶7.5～10∶0.2～0.4∶1000～1500稱取步驟(1)的納米晶纖維素膠體、醋酸鋅、硝酸銀、無水乙醇，并將納米晶纖維素膠體、醋酸鋅依次加入到無水乙醇中，超聲分散均勻，然后加入硝酸銀，超聲分散均勻，用0.5mol/L的氫氧化鈉調節體系pH值至7，升溫至70～80℃，反應2～3h，然后向混合溶液中加入硼氫化鈉(硼氫化鈉的質量比為硝酸銀的6％～8％)，繼續反應2～3h，制得復合物；將復合物置于110～130℃處理0.5～1h，制得白色NCC/ZnO/Ag復合物；

(3)將步驟(2)得到的NCC/ZnO/Ag復合物取出，加入去離子水，放置于離心機中，在10000～12000r/min離心處理2～3次，得到NCC/ZnO/Ag白色沉淀物；