CN104707559A

CN104707559A - 一种铝离子掺杂氧化锌吸附剂(azo),制备方法及其应用

Info

Publication number: CN104707559A
Application number: CN201510087649.6A
Authority: CN
Inventors: 孙小华; 罗伟龙
Original assignee: China Three Gorges University CTGU
Current assignee: China Three Gorges University CTGU
Priority date: 2015-02-26
Filing date: 2015-02-26
Publication date: 2015-06-17

Abstract

本发明公开了一种多孔片状结构AZO吸附剂的制备方法：九水合硝酸铝溶解到锌盐水溶液中，然后加入六亚甲基四胺（HMTA）水溶液，混合均匀后进行水热反应。将反应后得到的前驱体放入马弗炉中进行煅烧，最后获得多孔片状AZO粉体。该方法是通过煅烧增加吸附剂的比表面积和铝离子掺杂改变吸附剂表面的电性，从而加强对染料的吸附能力。本发明制备的多孔片状结构AZO吸附剂具有制备工艺简单，性能稳定、吸附效率高效、无毒等优点，能够运用于有机污染物的去除，而且可以运用在光催化领域。

Description

一种铝离子掺杂氧化锌吸附剂(AZO),制备方法及其应用

技术领域：

本发明涉及一种多孔片状AZO吸附剂的制备方法，用于高效吸附有机染料甲基橙和光催化领域。

背景技术：

甲基橙是一种有机染料。有机染料被广泛运用在纺织、造纸、化妆品、塑料等工业领域，虽然推动了经济的发展，但产生的大量染料废水严重影响这人类的健康的生活。因此，对染料废水的治理成为了环保部门及研究工作者的研究热点之一。

常用的治理废水的方法主要包括：膜分离法、生物降解法、光催化氧化法、沉淀法。这些方法在处理过程中由于降低染料含量的能力有限、或者是由于处理过程中有毒副产物而造成二次污染、操作过程复杂繁琐、成本较高等问题。采用何种方法能够避免上述问题的存在，又能达到废水治理的效果，使更多的研究者致力于新型工艺的研发。而吸附法作为操作简单，安全无毒，对染料的吸附率高等优势越来越受到肯定。它主要包括物理吸附、化学吸附两种类型。前者的吸附能力主要体现在吸附剂的比表面积大、适宜的孔径大小，而后者主要是由于其表面具有大量的功能性基团，通过与染料分子的键合力的作用而达到吸附的效果。当然在化学吸附过程中往往也涉及到物理吸附的存在。

氧化锌具有较强的抗辐射损伤能力，是广泛应用的材料，它具有很高的热稳定性和化学稳定性。本发明采用水热法合成片状结构的氧化锌，并通过煅烧方式形成多孔结构而增加其比表面积和简单的金属离子掺杂方式而改变氧化锌表面的电性，两者共同改善其对染料甲基橙的吸附能力。该方法所需的实验条件温和，简单易操作，制备的粉体具有粉末细(纳米级)、纯度高、分散性好、均匀、分布窄、晶型好、形状可控等特点。

发明内容：

本发明的目的是提供一种多孔片状结构AZO吸附剂的制备方法，该方法制备出的AZO实现对甲基橙的高效吸附处理，有效改善水体环境。其工艺简单、成本低、可重复性好，能够运用于有机污染物的去除，而且可以运用在光催化领域。

本发明技术方案：用控制水热和煅烧工艺，制备一种多孔片状结构AZO吸附剂。步骤为：

步骤一：将适量九水合硝酸铝溶解到一定浓度的锌盐水溶液中，然后加入一定浓度的六亚甲基四胺（HMTA）水溶液，均匀持续搅拌10分钟；

步骤二：将步骤一配好的溶液转移至50mL水热釜中，进行水热反应；

步骤三：将水热反应后的产物清洗干净、干燥得到前驱体，然后将其放入马弗炉中进行煅烧，最后获得多孔片状AZO粉体。

上述步骤一中的锌盐为六水合硝酸锌或醋酸锌或硫酸锌；九水合硝酸铝在溶液中的浓度为1mM~5mM；锌盐浓度为8mM~12mM；HMTA的浓度为8mM~12mM。

上述步骤二的水热温度为120~180℃，时间为12~24h。

上述步骤三中煅烧温度为300~600°C，时间为1~3h。

本发明的优势在于：

该工艺中水热反应温度在120~180℃，反应温度低；很好地控制产物的合成和结构形貌。而且该方法制备的AZO对甲基橙有显著的吸附能力。该发明的制备工艺简单易操作，重复性好、而且需要设备简单成本比较低；制备的吸附剂性能优异。

附图说明

图1 为片状ZnO的前驱体的SEM。

图2 为多孔片状ZnO的SEM。

图3 为片状AZO的前驱体SEM。

图4 为多孔片状AZO的SEM。

图5 为ZnO、AZO对MO的吸附（C/C₀-t）。内插图为AZO对MO在不同时间的吸附照片。

图6 为ZnO、AZO在紫外光下对MO的光催化（ C/C₀-t）。

具体实施方式：

实施例1

片状ZnO的前驱体

配置10mM Zn(NO)₃.6H₂O溶液，然后加入HMTA，使HMTA的浓度为8mM~12mM，然后均匀持续搅拌10分钟；将配好的溶液转移至50mL水热釜中，进行水热反应，反应温度为120~180℃，时间为12~24h，待自然冷却；将水热反应后的产物清洗干净、干燥得到片状ZnO的前驱体粉体。图1 为片状ZnO的前驱体的SEM，粉体呈现致密的片状结构。

实施例2

多孔片状ZnO

配置10mM Zn（NO）₃.6H₂O溶液，然后加入HMTA，使HMTA的浓度为8mM~12mM，然后均匀持续搅拌10分钟；将配好的溶液转移至50mL水热釜中，进行水热反应，反应温度为120~180℃，时间为12~24h，待自然冷却；将水热反应后的产物清洗干净、干燥得到前驱体。将前驱体在马弗炉中以4℃/min的升温速率升到400℃并保温1h，待自然降温，得到多孔片状AZO粉体。图2 为多孔片状ZnO的SEM，粉体为的多孔隙的片状形貌，且片状由小的纳米颗粒组装而成。图5 为ZnO、AZO对MO的吸附 C/C₀-t。内插图为AZO对MO在不同时间的吸附照片。图中黑线为ZnO对MO的吸附浓度变化，可以看出在15min后出现吸附平衡，且吸附率为25%左右。图6 为ZnO、AZO在紫外光下对MO的光催化（ C/C₀-t）。图中黑线为ZnO在紫外光下对MO的光催化，可以看出光照60min降解率接近20%。

实施例3

片状AZO的前驱体

配置10mM Zn（NO）₃.6H₂O溶液，然后加入HMTA、Al(NO₃)₃.9H₂O，使HMTA和Al(NO₃)₃.9H₂O的浓度分别为8mM~12mM、1mM~5mM，然后均匀持续搅拌10分钟；将配好的溶液转移至50mL水热釜中，进行水热反应，反应温度为120~180℃，时间为12~24h，待自然冷却；将水热反应后的产物清洗干净、干燥得到片状AZO的前驱体。图3 为片状AZO的前驱体SEM，粉体为致密的片状结构。

实施例4

多孔片状AZO

配置10mM Zn（NO）₃·6H₂O溶液，然后加入HMTA、Al(NO₃)₃.9H₂O，使HMTA和Al(NO₃)₃·9H₂O的浓度分别为8mM~12mM、1mM~5mM，然后均匀持续搅拌10分钟；将配好的溶液转移至50mL水热釜中，进行水热反应，反应温度为120~180℃，时间为12~24h，待自然冷却；将水热反应后的产物清洗干净、干燥得到前驱体，将前驱体在马弗炉中以4℃/min的升温速率升到400℃并保温1h，待自然降温，得到多孔片状AZO粉体。图4 为多孔片状AZO的SEM，粉体为的多孔隙的片状形貌且片状由小的纳米颗粒组装而成。图5 为ZnO、AZO对MO的吸附 C/C₀-t。内插图为AZO对MO在不同时间的吸附照片。图中红线为AZO对MO的吸附浓度变化，可以看出在5min后出现吸附平衡，且吸附率为100%。从内插图中可以看出吸附1min以后MO溶液透明，基本被完全吸附。图6 为ZnO、AZO在紫外光下对MO的光催化（ C/C₀-t）。图中红线为AZO在紫外光下对MO的光催化，可以看出光照15min降解率接近100%。

Claims

1.一种铝离子掺杂氧化锌吸附剂（AZO），其特征在于，该吸附剂的表面带正电性和多孔片状结构。

2.一种铝离子掺杂氧化锌吸附剂（AZO）的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）将九水合硝酸铝溶解到锌盐水溶液中，然后加入六亚甲基四胺（HMTA）水溶液，持续搅拌10分钟，使其均匀；

2）将步骤1）配好的溶液转移至50mL水热釜中，在120~180℃下水热反应12-24h；

3）将步骤2）水热反应后的产物清洗干净、干燥得到前驱体，然后将其放入马弗炉中在300~600℃下煅烧1~3h，获得多孔片状结构的AZO粉体。

3. 根据权利要求2所述的铝离子掺杂氧化锌吸附剂（AZO）的制备方法，其特征在于，九水合硝酸铝在溶液中的浓度为1mM~5mM；所述的锌盐浓度为8mM~12mM，锌盐为六水合硝酸锌或醋酸锌或硫酸锌；HMTA的浓度为8mM~12mM。

4. 权利要求1-3任一项铝离子掺杂氧化锌吸附剂（AZO）在治理有毒有机污染物上的应用。

5. 权利要求1-3任一项铝离子掺杂氧化锌吸附剂（AZO）在光催化试剂上的应用。