CN109985636B - 基于核桃壳生物质碳可见光催化剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及可见光催化剂技术领域，具体涉及一种基于核桃壳生物质碳可见光催化剂的制备方法；包括以下步骤：a、制备核桃壳粉末；b、取二氧化钛，以质量浓度为60%的NaOH溶液作为溶剂，加入十二烷基硫酸钠，制备白色悬浊液；c、将步骤a中制备好的核桃壳粉加入到步骤b中的白色悬浊液中，得核桃壳粉/TiO2固体；d、取硫化钠溶液加入至步骤c所得的桃壳粉/TiO2固体中得核桃壳粉/TiO2/Na2S固体；e、将步骤d制备好的桃壳粉/TiO2/Na2S固体加入到氯化锌溶液中，得核桃壳粉/TiO2/ZnS固体；f、将步骤e制备好的核桃壳粉/TiO2/ZnS固体微波辐射下后，粉碎后得到可见光催化剂即生物质C/TiO2/ZnS；结合后的新的光催化剂，反应活性较好，对太阳光的利用率大大提高，催化效率大大提高。
Description
技术领域
本发明涉及可见光催化剂技术领域，具体涉及一种基于核桃壳生物质碳可见光催化剂的制备方法。
背景技术
作为近几十年发展起来的具有广阔研究前景的技术之一，光催化剂在治理环境和开发新能源方面已经取得了很大成就。在光催化剂的制备、改性等方面都进行了广泛的研究，并在不断弥补研究过程中的不足。近年来光催化剂已经应用到了分解水中污染物、有机污染物等环境治理中去。目前我国江湖污染严重，而污染源大多来自工业废水和生活污水。
TiO2是一种光催化剂，对染料催化效率较高，化学性质稳定，反应条件相对温和，对人体无害，在降解水中的有机污染物方面非常有效，具有其他传统水处理工艺所无法比拟的优势，因此具有广阔的应用前景。但也存在着不足。如禁带较宽、对太阳光的利用效率低等。
我国农林废弃物资源丰富，食品加工的副产品如壳、皮等被当作垃圾填埋，林业产品加工产生的木屑、锯末等被直接丢弃，不仅污染了环境，还造成了资源的严重浪费。核桃是一种木本油料植物，在我国多个地区均有大面积种植。以前核桃作为干果销售，食用后直接丢弃，其果壳难以回收。目前，食品加工行业中对核桃进行了深加工，其加工副产品核桃壳虽然可以系统回收，但是多数仍旧被焚烧或丢弃，造成了资源浪费和环境污染。核桃壳的主要成分是木素、纤维素和半纤维素，是一种固定碳和挥发分含量较高而灰分较少的含碳物质。
发明内容
本发明为解决TiO2作为光催化剂存在对染料有机物去除率低，光催化效率低的等技术问题，提供一种基于核桃壳生物质碳可见光催化剂的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种基于核桃壳生物质碳可见光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
a、核桃壳经干燥、粉碎、筛分成500μm以下的颗粒备用；
b、取二氧化钛，以质量浓度为60％的NaOH溶液作为溶剂，加入十二烷基硫酸钠，搅拌加热并回流，待二氧化钛固体全部形成白色悬浊液时，反应停止，冷却至室温备用；
c、将步骤a中制备好的核桃壳粉加入到步骤b中的白色悬浊液中，充分搅拌浸泡，过滤、干燥，得核桃壳粉/TiO2固体；
d、取质量浓度为10～20％的硫化钠溶液加入至步骤c所得的桃壳粉/TiO2固体中，充分搅拌浸泡，过滤、干燥，得核桃壳粉/TiO2/Na2S固体；
e、将步骤d制备好的桃壳粉/TiO2/Na2S固体加入到质量浓度为20％氯化锌溶液中，进行超声分散、固化，然后过滤、干燥，得核桃壳粉/TiO2/ZnS固体；
f、将步骤e制备好的核桃壳粉/TiO2/ZnS固体在800W微波辐射下10～30秒，粉碎后得到基于核桃壳生物质碳可见光催化剂即生物质C/TiO2/ZnS。
进一步的，步骤b中所用二氧化钛、浓度为60％的NaOH溶液及十二烷基硫酸钠比例为3-5g：100mL：0.05-0.5g；且步骤b中的回流温度为100℃，加热回流时间为4h。
优选的，步骤c中所用的步骤a制备好的核桃壳粉与步骤b中所用的二氧化钛的质量比为：1-10:3-5；步骤c的搅拌时间为0.5h。
进一步的，步骤d中所用的质量浓度为10～20％的硫化钠溶液与步骤b中所用的质量浓度为60％的NaOH溶液的体积比为1-2:2；步骤d的搅拌时间为0.5～1.5h。
进一步的，步骤e中所用浓度为20％氯化锌溶液的步骤d中所用的质量浓度为10～20％的硫化钠溶液的体积比为2：1-2；步骤e中超声分散的时间为0.5-2h。
与现有技术相比本发明具有以下有益效果
TiO2掺杂核桃壳生物质碳及ZnS所制备的新光催化剂生物质C/TiO2/ZnS，即融合了多重的吸波优势，透射率可高达90.3％。结合后的新型的光催化剂,反应活性较好，对太阳光的利用率大大提高，催化效率大大提高，可回收重复利用，应用前景十分可观。二氧化钛带隙为3.0eV左右，当二氧化钛中参杂核桃壳生物质碳时，可使二氧化钛的吸光波长扩大到可见光范围内，而ZnS也是一种半导体材料，它的加入可阻止受激发跃迁到导带的电子(e-)回落到空穴(h+)。这样导带中的电子和价带中的空穴就有充足的时间与表面的一些污染物(有机化合物、染料、环烃、芳烃、有毒的气体、醛类等)发生反应。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
可见光催化剂生物质C/TiO2/ZnS的制备方法，包括以下步骤：
a、核桃壳经干燥、粉碎、筛分500um以下的颗粒备用。
b、取一只干净且干燥的250mL的三颈烧瓶，里面加入二氧化钛3g，以100mL浓度为60％的NaOH溶液作为溶剂，加入0.05十二烷基硫酸钠，在恒温磁力搅拌器中加热，回流温度在100℃，加热回流4h。待TiO2固体全部形成白色悬浊液时。反应停止，冷却至室温，倒入250ml的烧杯中备用。
c、将步骤a中制备好的核桃壳粉1g加入到步骤b中的白色悬浊液中，充分搅拌浸泡，约0.5h，过滤、干燥，得核桃壳粉/TiO2固体。
d、配制浓度为10％的硫化钠溶液100mL，加入步骤c中的核桃壳粉/TiO2固体，充分搅拌浸泡，约0.5，过滤、干燥，得核桃壳粉/TiO2/Na2S固体。
e、将步骤d准备好的核桃壳粉/TiO2/Na2S固体加入20％氯化锌溶液100ml中，进行0.5-的超声分散、固化，然后过滤、干燥，得核桃壳粉/TiO2/ZnS固体。
f、将步骤e中的核桃壳粉/TiO2/ZnS固体在800W微波辐射下10秒，粉碎后得到可见光催化剂即生物质C/TiO2/ZnS。
实施例2
可见光催化剂生物质C/TiO2/ZnS的制备方法，包括以下步骤：
a、核桃壳经干燥、粉碎、筛分500um以下的颗粒备用。
b、取一只干净且干燥的250mL的三颈烧瓶，里面加入二氧化钛4g，以100mL浓度为60％的NaOH溶液作为溶剂，加入0.3g十二烷基硫酸钠，在恒温磁力搅拌器中加热，回流温度在100℃，加热回流4h。待TiO2固体全部形成白色悬浊液时。反应停止，冷却至室温，倒入250ml的烧杯中备用。
c、将步骤a中制备好的核桃壳粉5g加入到步骤b中的白色悬浊液中，充分搅拌浸泡，约0.5h，过滤、干燥，得核桃壳粉/TiO2固体。
d、配制浓度为15％的硫化钠溶液80mL，加入步骤c中的核桃壳粉/TiO2固体，充分搅拌浸泡，约1h，过滤、干燥，得核桃壳粉/TiO2/Na2S固体。
e、将步骤d准备好的核桃壳粉/TiO2/Na2S固体加入20％氯化锌溶液100ml中，进行1h的超声分散、固化，然后过滤、干燥，得核桃壳粉/TiO2/ZnS固体。
f、将步骤e中的核桃壳粉/TiO2/ZnS固体在800W微波辐射下20秒，粉碎后得到可见光催化剂即生物质C/TiO2/ZnS。
实施例3
可见光催化剂生物质C/TiO2/ZnS的制备方法，包括以下步骤：
a、核桃壳经干燥、粉碎、筛分500um以下的颗粒备用。
b、取一只干净且干燥的250mL的三颈烧瓶，里面加入二氧化钛5g，以100mL浓度为60％的NaOH溶液作为溶剂，加入0.5g十二烷基硫酸钠，在恒温磁力搅拌器中加热，回流温度在100℃，加热回流4h。待TiO2固体全部形成白色悬浊液时。反应停止，冷却至室温，倒入250ml的烧杯中备用。
c、将步骤a中制备好的核桃壳粉10g加入到步骤b中的白色悬浊液中，充分搅拌浸泡，约0.5h，过滤、干燥，得核桃壳粉/TiO2固体。
d、配制浓度为20％的硫化钠溶液100mL，加入步骤c中的核桃壳粉/TiO2固体，充分搅拌浸泡，约1.5h，过滤、干燥，得核桃壳粉/TiO2/Na2S固体。
e、将步骤d准备好的核桃壳粉/TiO2/Na2S固体加入20％氯化锌溶液100ml中，进行1h的超声分散、固化，然后过滤、干燥，得核桃壳粉/TiO2/ZnS固体。
f、将步骤e中的核桃壳粉/TiO2/ZnS固体在800W微波辐射下30秒，粉碎后得到可见光催化剂即生物质C/TiO2/ZnS。
实施例4
有色染料废水的配制及对比试验
实施例2所制备的可见光催化剂性能测试：
1、称取酸性铬蓝K指示剂、萘酚绿B、酸性品红生物染色剂、结晶紫、茜素红各25mg,分别用100mL的蒸馏水在烧杯中溶解,然后分别倒入1 000mL容量瓶中加蒸馏水至刻度线处,摇匀,得25mg/L的染料废水，待用。
2、分别测出其吸光度，各放入1g实施例2所制备的可见光催化剂，均在可见光下照射60min，再分别测出分解后的吸光度，计算出降解率，数据如表1：
表1
TiO2可见光催化剂性能测试：
1、称取酸性铬蓝K指示剂、萘酚绿B、酸性品红生物染色剂、结晶紫、茜素红各25mg,分别用100mL的蒸馏水在烧杯中溶解,然后分别倒入1000mL容量瓶中加蒸馏水至刻度线处,摇匀,得25mg/L的染料废水，待用。
2、分别测出其吸光度，各放入1g TiO2固体，均在可见光下照射60min，再分别测出分解后的吸光度，计算出降解率，数据如表2：
表2
由上述对比试验可知，本发明所制备的可见光催化剂即生物质C/TiO2/ZnS，在催化性能方面优于TiO2固体，结合后的新型的光催化剂,反应活性较好，对太阳光的利用率大大提高，催化效率大大提高。
Claims (4)
1.一种基于核桃壳生物质碳可见光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、核桃壳经干燥、粉碎、筛分成500μm以下的颗粒备用；
b、取二氧化钛，以质量浓度为60%的NaOH溶液作为溶剂，加入十二烷基硫酸钠，搅拌加热并回流，待二氧化钛固体全部形成白色悬浊液时，反应停止，冷却至室温备用；所用二氧化钛、浓度为60%的NaOH溶液及十二烷基硫酸钠比例为3-5g：100mL：0.05-0.5g；回流温度为100℃，加热回流时间为4 h；
c、将步骤a中制备好的核桃壳粉加入到步骤b中的白色悬浊液中，充分搅拌浸泡，过滤、干燥，得核桃壳粉/ TiO2固体；
d、取质量浓度为10～20%的硫化钠溶液加入至步骤c所得的桃壳粉/ TiO2固体中，充分搅拌浸泡，过滤、干燥，得核桃壳粉/ TiO2 / Na2S固体；
e、将步骤d制备好的桃壳粉/ TiO2 / Na2S固体加入到质量浓度为20%氯化锌溶液中，进行超声分散、固化，然后过滤、干燥，得核桃壳粉/ TiO2 / ZnS固体；
f、将步骤e制备好的核桃壳粉/ TiO2 / ZnS固体在800W微波辐射下10～30秒，粉碎后得到基于核桃壳生物质碳可见光催化剂即生物质C/TiO2/ ZnS。
2.根据权利要求1所述的基于核桃壳生物质碳可见光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤c中所用的步骤a制备好的核桃壳粉与步骤b中所用的二氧化钛的质量比为：1-10: 3-5；步骤c的搅拌时间为0.5h。
3.根据权利要求2所述的基于核桃壳生物质碳可见光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤d中所用的质量浓度为10～20%的硫化钠溶液与步骤b中所用的质量浓度为60%的NaOH溶液的体积比为1-2:2；步骤d的搅拌时间为0.5～1.5h。
4.根据权利要求3所述的基于核桃壳生物质碳可见光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤e中所用浓度为20%氯化锌溶液与 步骤d中所用的质量浓度为10～20%的硫化钠溶液的体积比为2：1-2；步骤e中超声分散的时间为0.5-2h。
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