[發明專利]一種氧化鋅/棉稈生物質炭復合材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201910531202.1
• 申請日: 2019-06-19
• 公開（公告）號: CN110201660A
• 公開（公告）日: 2019-09-06
• 發明（設計）人: 梁鵬舉;穆金城;姜建輝;汪河濱;胡孝慧
• 申請（專利權）人: 塔里木大學
• 主分類號: B01J23/06
• 分類號: B01J23/06;B01J35/10;B01J37/34;B01J37/08;B01J37/12;B01J37/03;C02F1/72;C02F101/30;C02F101/34;C02F101/38
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 薛紅凡

本發明提供了一種氧化鋅/棉稈生物質炭復合材料及其制備方法和應用，屬于復合材料技術領域。本發明以濃硫酸、高錳酸鉀、雙氧水作為氧化劑，通過化學活化并氧化的方法得到了氧化生物質炭；通過鋅源與氧化生物質炭在堿性條件下發生化學共沉淀，經高溫熱分解制備了氧化鋅/棉稈生物質炭復合材料。該方法能夠將易于團聚的氧化鋅負載到具有較大比表面積的生物質炭表面，既可以有效控制金屬氧化物的團聚，提高其利用率，又可以發揮生物質炭優良的電子傳導能力，在光催化過程中能夠有效減緩光生電子和空穴的復合，提高其催化效率。實施例結果表明，本發明提供的復合材料用于光催化降解甲基橙時甲基橙的降解率可達99.83％。

技術領域

本發明涉及復合材料技術領域，特別涉及一種氧化鋅/棉稈生物質炭復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

隨著染料工業的快速發展，大量有機染料直接排入水體形成染料廢水。有機染料主要分為陰離子染料、陽離子染料以及非離子染料。陰離子和非離子染料中的發色團主要是偶氮基團或蒽醌基團。相比其它染料，偶氮染料因其合成方法簡單、結構多變、低成本、多色性、強穩定性等優勢而被廣泛使用，占生產總染料的65～70％。

甲基橙(Methy Orange,MO)是一種應用較廣的偶氮染料，又名金蓮橙D，其分子式為C₁₄H₁₄N₃SO₃Na，由對氨基苯磺酸經重氮化后與N，N-二甲基苯胺偶合而成，會對人體皮膚、粘膜等造成刺激灼傷等危害，對接觸者的健康會有嚴重的影響。

目前，通過光催化作用可以實現甲基橙染料廢水的降解。光催化降解的本質是在紫外/可見光的激發下，光催化劑產生電子和空穴，從而使大分子污染物被還原或氧化成小分子物質如水，二氧化碳等。在光催化降解過程中，需要被氧化還原的物質與光催化劑之間形成良好的接觸。

氧化鋅作為一種光催化劑材料，具有來源廣泛，價格低廉，光電轉化效率高的優點，然而，純的氧化鋅在使用過程中易團聚，無法實現與甲基橙的良好接觸，且純氧化鋅因激發后的光生電荷易再次復合，致使其光催化活性下降，這些因素都會影響其光催化效率。

我國是世界重要的棉花產區，棉花收獲后的會產生大量的棉稈。目前，棉稈部分粉碎還田，代煤供暖，還有很大一部分被焚燒，這不僅造成資源浪費，還對環境造成了嚴重污染。

發明內容

有鑒于此，本發明目的在于提供一種氧化鋅/棉稈生物質炭復合材料及其制備方法和應用。使用本發明制備方法得到的氧化鋅/棉稈生物質炭復合材料比表面積大、活性位點多，用作甲基橙降解光催化劑時催化效率高。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種氧化鋅/棉稈生物質炭復合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將棉桿、活化劑和水混合，依次進行干燥和煅燒，得到生物質炭；

(2)將所述生物質炭、濃硫酸、高錳酸鉀、雙氧水和水混合進行氧化反應，得到氧化生物質炭；

(3)將所述氧化生物質炭和水混合進行超聲處理，之后與鋅源溶液混合，將混合液的pH值調節至堿性后進行共沉淀反應，得到復合材料前驅體；

(4)對所述復合材料前驅體進行煅燒，得到氧化鋅/棉稈生物質炭復合材料。

優選的，所述步驟(1)中活化劑為氫氧化鉀。

優選的，所述步驟(1)中棉桿、活化劑和水的質量比為1～8:0.5～3:100。

優選的，所述步驟(1)中煅燒的溫度為450～580℃，時間為2～8h。

優選的，所述步驟(2)中生物質炭、高錳酸鉀、濃硫酸、雙氧水和水的用量比為0.5～4g:2～15g:25～100mL:10～30mL:250mL。