[發明專利]一種二氧化錳/玉米秸稈納米材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201811175097.4
• 申請日: 2018-10-10
• 公開（公告）號: CN109289782A
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發明（設計）人: 王琦;馬春蕾;馬旭璐
• 申請（專利權）人: 太原工業學院
• 主分類號: B01J20/24
• 分類號: B01J20/24;B01J20/30;C02F1/28
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 申艷玲

本發明公開了一種二氧化錳/玉米秸稈納米材料及其制備方法和應用，屬于納米材料制備技術領域。制備方法為：將玉米秸稈從干燥的玉米桿中剝出、洗凈晾干并剪成10~20 mg的小塊；取玉米秸稈置于高錳酸鉀溶液中，持續攪拌下反應60~120 min，此時秸稈由白色變為深棕色；取出秸稈，洗凈晾干，得到了二氧化錳/玉米秸稈納米材料。該材料顆粒尺寸在3.6~11.7 nm，且附著在玉米秸稈上。本發明在室溫敞開環境下攪拌完成，無需復雜的儀器設備，因此具有簡單、低耗、綠色的優點；二氧化錳/玉米秸稈納米材料對亞甲基藍染料表現出了優異的去除效果，并且在監控凈化過程和后處理時，避免了繁瑣的離心或過濾操作，極大地簡化了凈化過程。

技術領域

本發明涉及一種二氧化錳/玉米秸稈納米材料及其制備方法和應用，屬于納米材料制備技術領域。

背景技術

水污染一直以來都是一個嚴重的問題，水資源、水質量和水處理已經成為了公眾和政府的主要關注點。染料作為一種常見的水污染物對自然環境和人類健康存在負面影響（L. Zhang, Y. Nie, C. Hu, X. Hu, J. Hazard. Mater., 2011, 190, 780-785.），因此在水凈化中去除這些有害染料是非常必要的。設計新穎的技術或提升現有技術，納米材料在水處理尤其是染料凈化中展現出多種應用潛能（F. Perreault, A. F. de Faria, M.Elimelech, Chem. Soc. Rev., 2015, 44, 5861-5896.）。而二氧化錳納米材料由于其獨特的優異性能已經被廣泛地使用在水凈化領域。例如甲基橙、亞甲基藍、羅丹明B、酸性紅、剛果紅等染料已經被二氧化錳納米材料成功地去除。然而，在這些報道中，監控凈化過程和后處理中必須進行過濾或離心操作，這樣使得操作過程復雜，且限制了二氧化錳納米材料的實際應用。

生物模板法由于避免了昂貴的儀器設備和復雜的反應過程，具有綠色低耗的優點。玉米秸稈主要由纖維素、半纖維素和木質素組成，其含量分別是30-35%、25-30%和16-20%（T. Shui, S. Feng, G. Chen, A. Li, Z. Yuan, H. Shui, T. Kuboki, C. Xu,Biomass Bioenerg., 2017, 105, 51-58.）。玉米秸稈作為一種常見的農村廢棄物，方便獲得、價格低廉，因此它具有作為生物模板制備納米材料的潛能，并且玉米秸稈本身的吸附能力和宏觀可操作性能使得其可以應用于染料凈化領域。目前，尚未報道通過玉米秸稈與高錳酸鉀發生原位氧化還原反應合成納米二氧化錳材料的報道。

發明內容

本發明旨在提供于一種二氧化錳/玉米秸稈納米材料及其制備方法和應用。

本發明原理：采用玉米秸稈與高錳酸鉀混合后在植物纖維上發生的原位氧化還原反應，一步法制備二氧化錳/玉米秸稈納米材料，二氧化錳顆粒尺寸在3.6~11.7 nm，該材料同時具有玉米秸稈本身的吸附能力和二氧化錳材料在水溶液中由于表面形成羥基所帶來的吸附性能，進一步地，二氧化錳材料還具有氧化活性。因此，該材料對亞甲基藍表現出了優異的去除凈化能力；并且在凈化過程或完成之后，材料可以簡單地取出，簡化了凈化操作過程。

本發明制得的二氧化錳/玉米秸稈納米材料的顆粒尺寸為3.6~11.7 nm，且附著在玉米秸稈上。

本發明提供了上述二氧化錳/玉米秸稈納米材料的制備方法，將玉米秸稈從干燥的玉米桿中剝出、洗凈晾干并剪成小塊；取玉米秸稈置于高錳酸鉀溶液中，持續攪拌下反應，此時秸稈由白色變為深棕色；取出秸稈，洗凈晾干，得到了二氧化錳/玉米秸稈納米材料。

上述的制備方法包括以下步驟：

（1）將玉米秸稈從干燥的玉米桿中手工剝出，用去離子水沖洗十遍、自然晾干后將其剪為10~20 mg的小塊；