[發(fā)明專利]一種ZnO/ZnS@氨基化木材氣凝膠及其制備方法和應用

有效

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• 申請日: 2022-06-21
• 公開（公告）號: CN114849639B
• 公開（公告）日: 2023-09-05
• 發(fā)明（設計）人: 張曉濤;張萬奇;王喜明;劉慧;安宇宏;鐘源;胡子雛;單曉飛;劉哲辰;陶鳳彬;王博赟
• 申請（專利權(quán)）人: 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學
• 主分類號: B01J20/02
• 分類號: B01J20/02;B01J20/291;B01J20/30;C02F1/28;B01J31/06;B01J31/26;B01J35/00;B01J27/04;C02F101/30
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31227
• 代理人: 王曉麗

一種ZnO/ZnS@氨基化木材氣凝膠及其制備方法和應用，包括如下步驟：S1、脫木素木材氣凝膠的制備；S2、羧基化木氣凝膠的制備；S3、氨基化木材氣凝膠的制備；S4、飽和吸附Zn(II)的氨基化木材氣凝膠的制備；S5、ZnO/ZnS@氨基化木材氣凝膠的制備；本發(fā)明通過采用原位化學沉淀的策略，利用氫氧化鈉和硫化鈉溶液對吸附在氨基化木材氣凝膠上的Zn(II)進行原位化學沉積處理，將吸附在氨基化木材氣凝膠上的Zn(II)原位轉(zhuǎn)化為ZnO/ZnS從而制備了ZnO/ZnS@氨基化木材氣凝膠，本發(fā)明制備的ZnO/ZnS@氨基化木材氣凝膠在木基吸附?光催化領域和危險固廢吸附劑高附加值轉(zhuǎn)化具有一定的先進性和代表性。

技術領域

本發(fā)明涉及吸附材料技術領域，具體涉及一種ZnO/ZnS@氨基化木材氣凝膠及其制備方法和應用。

背景技術

目前，由重金屬離子引起的水體污染已經(jīng)成為一個全球性的難題，重金屬離子不僅污染海水、江河等地表水，也會污染地下水，對生態(tài)系統(tǒng)中的生物群和環(huán)境構(gòu)成嚴重威脅，為了解決重金屬離子對水資源的污染問題，吸附法因具有操作簡便、處理效率高、吸附劑易再生、且不會對環(huán)境造成二次污染等特點，被認為是最有前途的方法之一。然而在是在用吸附法處理廢水中的重金屬時，對吸附材料的研究只集中在制備方法和吸附容量上，但不可避免地會遇到一個棘手的問題，那就是吸附重金屬后的吸附劑的處理，根據(jù)國家危險廢物名錄，吸附重金屬的吸附劑屬于危險固廢，如果不對其進行妥善處理，將會對人類和環(huán)境造成二次污染。

一般來說，對吸附在吸附劑上的重金屬采用化學解吸、超聲波解吸、熱分解等方法進行處理，這些方法有的使重金屬難以富集利用，有的經(jīng)過解吸后吸附劑的吸附容量會大大降低，有的會將含有重金屬的固體殘渣填埋，仍有二次污染的潛在風險，并且進一步造成資源浪費和環(huán)境污染。因此，尋求一種方法簡單、對環(huán)境友好的方法對廢舊吸附劑進行高附加值轉(zhuǎn)化，對資源合理應用和環(huán)境保護都非常重要。

天然木材經(jīng)過物理或化學改性后可制得具有高吸附容量和一定機械強度的低成本木基吸附劑，同時，木材基質(zhì)上的官能團與金屬離子之間的化學鍵可以錨定納米顆粒，使納米顆粒均勻地覆蓋在基質(zhì)上，因此，木材可以作為原位負載納米顆粒的生物基底物，可廣泛應用于電池、超級電容器、吸附、光催化等領域。

已有一些研究報道了重金屬的原位轉(zhuǎn)化為光催化材料，正如Wenjia?Kong等所報道的，GO/PAA水凝膠可用于吸附Cd(II)，然后原位沉淀，得到具有良好催化活性的GO/PAA-CDS復合材料，Jie?Liu報道了一種將飽和的廢Fe3O4修飾凹凸棒石吸附劑轉(zhuǎn)化為CdS/FA光催化劑的可行策略；然而，這些研究大多集中在將重金屬轉(zhuǎn)化為單組份光催化材料上，而很少有研究涉及轉(zhuǎn)化過程中異質(zhì)結(jié)的構(gòu)建；氧化鋅具有較高的氧化能力，硫化鋅的光生電子具有較高的負還原勢，寬禁帶的硫化鋅(3.68?eV)和窄禁帶的氧化鋅(3.37?eV)相結(jié)合構(gòu)建的氧化鋅和硫化鋅異質(zhì)結(jié)具有較好的光催化效率；此外，木質(zhì)體吸附劑表面的吸附中心(-OH、-COOH、-NH2)保證了ZnO/ZnS能夠均勻地覆蓋其表面，具有較強的界面結(jié)合強度。

發(fā)明內(nèi)容

基于上述技術問題，第一方面，本發(fā)明旨在提供一種ZnO/ZnS@氨基化木材氣凝膠的制備方法，以克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明利用原位化學沉積法在吸附重金屬的氨基化木材氣凝膠上原位構(gòu)建ZnO/ZnS異質(zhì)結(jié)得到一種新型木基吸附-光催化氣凝膠，并將其應用于去除水中偶氮染料剛果紅；進一步的，對這種ZnO/ZnS@氨基化木材氣凝膠對剛果紅的光催化性能和吸附-光催化機理進行了研究，為降低危險固廢吸附劑的二次污染和控制染料污染，實現(xiàn)廢舊資源的高附加值利用提供了新的思路和理論依據(jù)，具體技術方案如下：

S1、脫木素木材氣凝膠的制備：

采用CH₃COOH/H₂O₂法，將楊木木塊中的木質(zhì)素和半纖維素進行脫除，以釋放木材孔道，獲得一種保留木材孔道結(jié)構(gòu)的楊木脫木素木材氣凝膠，應用XRD、FTIR、EDX和SEM等技術對其進行表征分析，了解脫木素木材氣凝膠的化學結(jié)構(gòu)和微觀形貌，具體方法如下：