CN105692660A - 一种以木质素磺酸钠为模板制备氧化镁粉体的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种以木质素磺酸钠为模板制备氧化镁粉体的方法，包括如下步骤：步骤1、室温下称取木质素磺酸盐加入到可溶性碱的溶液中，超声分散，得到混合液A；步骤2、向步骤1中得到的混合液A中逐滴加入可溶性镁盐溶液，混匀，得到混合液B；步骤3、将步骤2中得到的混合液B在油浴中恒温回流，得到悬浊液；步骤4、将步骤3得到的悬浊液趁热离心分离，得到滤饼；洗涤滤饼，再将滤饼恒温干燥；步骤5、将干燥后的滤饼磨成粉末置于马弗炉中煅烧，得到最终的氧化镁粉体。本发明所涉及的制备方法易于控制，生产成本低，工艺和流程简便，制备的氧化镁分散性较好以及光催化效果好，适合工业化生产。

Description

一种以木质素磺酸钠为模板制备氧化镁粉体的方法

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，涉及以木质素磺酸钠为模板制备氧化镁粉体的方法，尤其涉及一种以木质素磺酸钠为模板制备氧化镁粉体的方法。

背景技术

氧化镁(MgO)由于其禁带宽度大、粒径小、比表面积大和折射率低,且表面存在一定的缺陷等优点而广泛应用于陶瓷、耐火材料、超导材料和催化剂等领域，应用前景广泛，具有巨大的经济潜力和工业价值。

MgO的合成方法很多，按照制备原理可以分为物理法和化学法，按照物料状态又可以分为气相法、固相法和液相法。其中，气相法对设备要求高、工艺技术复杂、能耗大、成本比较高、有时还会产生有害气体，而且产品收集困难，所以想要实现大规模的工业化大生产还有一定的困难。固相法虽然操作简单，适合工业化大生产，但是很难得到粒径小于100nm的MgO，且很难控制颗粒的形貌，另外通常会采用粉碎的手段，极易引入杂质，很难达到工业化生产的要求和水准。液相法是目前MgO合成的主要手段，该法制得得样品颗粒大小均匀、纯度较高、成本低廉，得到广泛的应用。液相法主要有水解法、水热法、溶胶-凝胶法、均匀沉淀法等等。本发明拟采用木质素磺酸钠做表面活性剂，化学沉淀法合成MgO，并对其形貌进行可控调试。

木质素是天然高分子化合物，是造纸黑液的主要成分，木质素的综合利用成为造纸黑液资源化治理的关键。木素磺酸盐是造纸工业的副产物，其来源丰富，价格低廉，可用作混凝土减水剂、土壤调节剂、分散剂、高分子结晶成核剂、高分子疏水剂等。因其具有天然网状结构，具有很强的分散性，也可做阴离子表面活性剂。作为废弃物利用的木质素具有价廉、无毒、易得等优点，合理利用木质素可大大降低实验成本，亦能为节能减排做贡献。木素磺酸盐在无机材料的制备领域的应用研究尚未见报道。

发明内容

本发明是采用木质素磺酸钠为模板法和表面活性剂，通过均匀沉淀法并经过不同煅烧时间和温度来制备氧化镁粉体。原料易于得到，成本低廉，有利于工业化生产。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种以木质素磺酸钠为模板制备氧化镁粉体的方法，包括如下步骤：

步骤1、室温下称取木质素磺酸盐加入到可溶性碱的溶液中，超声分散，得到混合液A；

步骤2、向步骤1中得到的混合液A中逐滴加入可溶性镁盐溶液，混匀，得到混合液B；

步骤3、将步骤2中得到的混合液B在油浴中恒温回流，得到悬浊液；

步骤4、将步骤3得到的悬浊液趁热离心分离，得到滤饼；洗涤滤饼，再将滤饼恒温干燥；

步骤5、将干燥后的滤饼磨成粉末置于马弗炉中煅烧，得到最终的氧化镁粉体。

步骤1中，所述可溶性碱的溶液为NaOH溶液，NaOH溶液的浓度为0.4mol·L^-1，混合液A中，所述的木质素磺酸盐的浓度为4～40mg·mL^-1。

步骤1中，所用的木质素磺酸盐为木质素磺酸钠。

步骤2中，所用的可溶性镁盐溶液为MgCl₂溶液，MgCl₂溶液的浓度为0.2mol·L^-1；配置混合液B时，所用的MgCl₂溶液中，Mg²⁺的物质的量与混合液A中NaOH的物质的量之比为1:2～1:4。

步骤3中，所述的恒温回流温度为100℃，所述的恒温回流时间为5～8h。

步骤4中，所述滤饼的洗涤方式为用去离子水和无水乙醇离心洗涤至上层液澄清。

步骤4中，所述的滤饼的干燥温度为60℃，干燥时间为12h。

步骤5中，所述的煅烧温度为300～500℃，煅烧时间为3h。

将本发明制备的氧化镁粉体用于光催化降解亚甲基蓝：

配制400mL20mg·L^-1的亚甲基蓝溶液，取0.04g制得的MgO粉体加入其中，超声处理30min使其混合均匀，置于SGY-1多功能光化学反应仪(南京斯东柯电气设备有限公司，紫外光主波长365nm)中无光搅拌吸附10min达到物理吸附和脱附平衡，随后打开光源进行光催化反应，反应时间90min，每隔10min取样，对取样样品进行高速离心分离，采用7220分光光度计(北京瑞利分析仪器公司)在662nm处测定上层清夜的吸光度，根据吸光度值的变化求得亚甲基蓝的降解率。

降解率：α＝(A₀-A)/A₀×100％

其中A₀染料溶液吸附平衡的初始吸光度，A降解后染料溶液的吸光度。

运用木质素磺酸钠作为模板剂和表面活性剂制得的氧化镁粉体催化降解亚甲基蓝的效率要高很多，主要是因为其能起到很好地分散效果，避免样品发生团聚现象。

有益效果：

(1)本发明采用的工业造纸的副产物木质素磺酸钠，具有价廉、无毒、易得等优点，将木质素磺酸钠作为模板和表面活性剂在液相沉淀法制备无机材料的领域，尚未见报道。经高温煅烧后，木素磺酸钠的部分基团被去除，留下孔隙结构，使得由木质素磺酸钠作模板剂和表面活性剂制得的氧化镁粉体比表面积增加，在光催化降解染料方面显示出独特的效果。

(2)本发明所涉及的制备方法易于控制，生产成本低，工艺和流程简便，制备的氧化镁分散性较好以及光催化效果好，适合工业化生产。

(3)运用木质素磺酸钠作为模板剂和表面活性剂制得的氧化镁粉体催化降解亚甲基蓝的效果优异，0.04g氧化镁粉体对400mL浓度为20mg·L^-1的亚甲基蓝溶液在90min内的降解率可达到96％，相对于未使用木质素磺酸钠制得的氧化镁效果要好很多；这主要是因为制备材料时，木质素磺酸钠能起到很好地分散效果，避免氧化镁粉体发生团聚现象。

附图说明

图1为本发明实施例1所制备的产品的XRD图谱；

图2为本发明制备的产品用于光催化降解亚甲基蓝的效果图；其中a为实施例1所制备的样品用于光催化降解亚甲基蓝的效果图，b为实施例2所制备的样品用于光催化降解亚甲基蓝的效果图，c为实施例5所制备的样品用于光催化降解亚甲基蓝的效果图，d为实施例6所制备的样品用于光催化降解亚甲基蓝的效果图，e为实施例7所制备的样品用于光催化降解亚甲基蓝的效果图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述：

实施例1

将50mL0.4mol·L^-1的NaOH溶液加入到250mL的三颈烧瓶中，随后加入0.5g木质素磺酸钠，超声分散30min使其混合均匀，再在连续搅拌的条件下逐滴加入50mL0.4mol·L^-1的MgCl₂溶液，待滴完后放入100℃油浴中加热回流5h，得到褐色固体悬浮液，趁热离心得到褐色沉淀物后用去离子水和无水乙醇离心洗涤几次直至上层溶液澄清，将沉淀放入60℃恒温干燥箱内干燥12h，最后将沉淀研磨成粉末放入马弗炉中400℃煅烧3h，得到产品MgO粉体。所制备的产品的XRD图谱如图1所示，该XRD曲线符合氧化镁的XRD标准卡片(JCPDSNo.：45-0946)，说明氧化镁的成功制备。0.04g本实施例制备的氧化镁粉体对400mL浓度为20mg·L^-1的亚甲基蓝溶液在90min内的降解率为96％，如图2中曲线a。

实施例2

将50mL0.4mol·L^-1的NaOH溶液加入到250mL的三颈烧瓶中，随后加入0.2g木质素磺酸钠，超声分散30min使其混合均匀，再在连续搅拌的条件下逐滴加入50mL0.2mol·L^-1的MgCl₂溶液，待滴完后放入100℃油浴中加热回流5h，得到褐色固体悬浮液，趁热离心得到褐色沉淀物后用去离子水和无水乙醇离心洗涤几次直至上层溶液澄清，将沉淀放入60℃恒温干燥箱内干燥12h，最后将沉淀研磨成粉末放入马弗炉中400℃煅烧3h，得到产品MgO粉体。所制备的产品的XRD图谱与实施例1中的XRD图谱一致。0.04g本实施例制备的氧化镁粉体对400mL浓度为20mg·L^-1的亚甲基蓝溶液在90min内的降解率为，如图2中曲线b。

实施例3

将75mL0.4mol·L^-1的NaOH溶液加入到250mL的三颈烧瓶中，随后加入0.5g木质素磺酸钠，超声分散30min使其混合均匀，再在连续搅拌的条件下逐滴加入50mL0.2mol·L^-1的MgCl₂溶液，待滴完后放入100℃油浴中加热回流5h，得到褐色固体悬浮液，趁热离心得到褐色沉淀物后用去离子水和无水乙醇离心洗涤几次直至上层溶液澄清，将沉淀放入60℃恒温干燥箱内干燥12h，最后将沉淀研磨成粉末放入马弗炉中400℃煅烧3h，得到产品MgO粉体。所制备的产品的XRD图谱与实施例1中的XRD图谱一致。

实施例4

将100mL0.4mol·L^-1的NaOH溶液加入到250mL的三颈烧瓶中，随后加入0.5g木质素磺酸钠，超声分散30min使其混合均匀，再在连续搅拌的条件下逐滴加入50mL0.2mol·L^-1的MgCl₂溶液，待滴完后放入100℃油浴中加热回流6h，得到褐色固体悬浮液，趁热离心得到褐色沉淀物后用去离子水和无水乙醇离心洗涤几次直至上层溶液澄清，将沉淀放入60℃恒温干燥箱内干燥12h，最后将沉淀研磨成粉末放入马弗炉中500℃煅烧3h，得到产品MgO粉体。所制备的产品的XRD图谱与实施例1中的XRD图谱一致。

实施例5

将50mL0.4mol·L^-1的NaOH溶液加入到250mL的三颈烧瓶中，随后加入1.0g木质素磺酸钠，超声分散30min使其混合均匀，再在连续搅拌的条件下逐滴加入50mL0.2mol·L^-1的MgCl₂溶液，待滴完后放入100℃油浴中加热回流5h，得到褐色固体悬浮液，趁热离心得到褐色沉淀物后用去离子水和无水乙醇离心洗涤几次直至上层溶液澄清，将沉淀放入60℃恒温干燥箱内干燥12h，最后将沉淀研磨成粉末放入马弗炉中400℃煅烧3h，得到产品MgO粉体。所制备的产品的XRD图谱与实施例1中的XRD图谱一致。0.04g本实施例制备的氧化镁粉体对400mL浓度为20mg·L^-1的亚甲基蓝溶液在90min内的降解率为87％，如图2中曲线c。

实施例6

将50mL0.4mol·L^-1的NaOH溶液加入到250mL的三颈烧瓶中，随后加入2.0g木质素磺酸钠，超声分散30min使其混合均匀，再在连续搅拌的条件下逐滴加入50mL0.2mol·L^-1的MgCl₂溶液，待滴完后放入100℃油浴中加热回流8h，得到褐色固体悬浮液，趁热离心得到褐色沉淀物后用去离子水和无水乙醇离心洗涤多次直至上层溶液澄清，将沉淀放入60℃恒温干燥箱内干燥12h，最后将沉淀研磨成粉末放入马弗炉中500℃煅烧3h，得到产品MgO粉体。所制备的产品的XRD图谱与实施例1中的XRD图谱一致。0.04g本实施例制备的氧化镁粉体对400mL浓度为20mg·L^-1的亚甲基蓝溶液在90min内的降解率为82％，如图2中曲线d。

实施例7

将50mL0.4mol·L^-1的NaOH溶液加入到250mL的三颈烧瓶中，超声分散30min，再在连续搅拌的条件下逐滴加入50mL0.2mol·L^-1的MgCl₂溶液，待滴完后放入100℃油浴中加热回流5h，得到白色固体悬浮液，趁热离心得到白色沉淀物后用去离子水和无水乙醇离心洗涤几次直至上层溶液澄清，将沉淀放入60℃恒温干燥箱内干燥12h，最后将沉淀研磨成粉末放入马弗炉中400℃煅烧3h，得到产品MgO。0.04g本实施例制备的氧化镁粉体对400mL浓度为20mg·L^-1的亚甲基蓝溶液在90min内的降解率为77％，如图2中曲线e。

Claims (8)

1.一种以木质素磺酸钠为模板制备氧化镁粉体的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、室温下称取木质素磺酸盐加入到可溶性碱的溶液中，超声分散，得到混合液A；

步骤2、向步骤1中得到的混合液A中逐滴加入可溶性镁盐溶液，混匀，得到混合液B；

步骤3、将步骤2中得到的混合液B在油浴中恒温回流，得到悬浊液；

步骤4、将步骤3得到的悬浊液趁热离心分离，得到滤饼；洗涤滤饼，再将滤饼恒温干燥；

步骤5、将干燥后的滤饼磨成粉末置于马弗炉中煅烧，得到最终的氧化镁粉体。

2.根据权利要求1所述的一种以木质素磺酸钠为模板制备氧化镁粉体的方法，其特征在于，步骤1中，所述可溶性碱的溶液为NaOH溶液，NaOH溶液的浓度为0.4mol·L^-1，混合液A中，所述的木质素磺酸盐的浓度为4～40mg·mL^-1。

3.根据权利要求1或2所述的一种以木质素磺酸钠为模板制备氧化镁粉体的方法，其特征在于，步骤1中，所用的木质素磺酸盐为木质素磺酸钠。

4.根据权利要求1所述的一种以木质素磺酸钠为模板制备氧化镁粉体的方法，其特征在于，步骤2中，所用的可溶性镁盐溶液为MgCl₂溶液，MgCl₂溶液的浓度为0.2mol·L^-1；配置混合液B时，所用的MgCl₂溶液中，Mg²⁺的物质的量与混合液A中NaOH的物质的量之比为1:2～1:4。

5.根据权利要求1所述的一种以木质素磺酸钠为模板制备氧化镁粉体的方法，其特征在于，步骤3中，所述的恒温回流温度为100℃，所述的恒温回流时间为5～8h。

6.根据权利要求1所述的一种以木质素磺酸钠为模板制备氧化镁粉体的方法，其特征在于，步骤4中，所述滤饼的洗涤方式为用去离子水和无水乙醇离心洗涤至上层液澄清。

7.根据权利要求1所述的一种以木质素磺酸钠为模板制备氧化镁粉体的方法，其特征在于，步骤4中，所述的滤饼的干燥温度为60℃，干燥时间为12h。

8.根据权利要求1所述的一种以木质素磺酸钠为模板制备氧化镁粉体的方法，其特征在于，步骤5中，所述的煅烧温度为300～500℃，煅烧时间为3h。