CN116328733A - 一种阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料及其制备方法和应用，属于材料合成技术领域。本发明的阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料，是采用四乙基氢氧化铵和1,3‑二甲基脲合成的低共熔溶剂对甘蔗进行预处理，然后加入阳离子剂2,3‑环氧丙基三甲基氯化铵进行阳离子改性，以得到的阳离子化甘蔗作为载体，利用甘蔗中的木质素组分的还原性，将银离子还原成银纳米颗粒固定在载体表面，得到阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料。本发明的复合材料的制备方法条件温和、绿色无毒、可降解、可再生，工艺简单可行，制得的复合材料能有效提高对可见光的吸收，可有效吸附催化去除染料废水中的刚果红和甲基橙，具有良好的经济价值和应用前景。
Description
技术领域
本发明属于材料合成技术领域，具体涉及一种阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
近年来，随着人们环保意识增加，提高生物质的高效利用和染料废水的处理方法具有重要意义。其中，贵金属纳米颗粒对染料在化学还原和脱色过程中起的作用逐渐引起了专家学者的广泛关注。尤其是银纳米颗粒(简称纳米银)作为新型功能性材料逐渐引起人们的重视，因其具备纳米材料的独特性质，已经广泛应用于抗菌、催化剂、医药和新能源等多个领域。
应用最广泛的银纳米颗粒还原方法为化学法，该方法需要额外添加还原剂和稳定剂如联氨、水合肼、抗坏血酸等化学试剂，对人体和环境有一定损害。且制备出的银纳米粒子在分离、处理及存放过程中易出现相互连接、由多个颗粒形成较大的颗粒团簇的现象，影响实验效果。因此，选取一种既具备还原性能又具备丰富的网络结构作为载体骨架，使银离子还原成银纳米颗粒且不产生团聚至关重要。
生物法利用植物中某些还原组分原位生成贵金属纳米粒子得到越来越多的关注。甘蔗作为一种三维多孔材料，含有丰富的还原性成分木质素。甘蔗内部的自然通道和通道上的纳米气孔可作为天然的反应平台及银纳米粒子负载的骨架，其中含有多种还原性木质素组分的官能团，如苯酚和甲氧基，可以在一定条件下将银离子还原为银纳米粒子，原位还原固定银纳米颗粒，能很好的缓解银纳米粒子团聚效应。但甘蔗细胞壁上纤维束紧密缠绕，暴露出的可用还原性木质素基团有限，不利于银纳米粒子的还原。因此，需要对甘蔗原材料进行预处理。但通常的预处理方法如机械处理需要较大耗能、酶处理方法处理效率较低等均存在诸多不足。
低共熔溶剂(DESs)具有易制备、毒性低和可生物降解的特性，可作为甘蔗预处理的绿色溶剂或反应剂。此外，DES可以回收和再利用，有助于降低生产成本。从结构上看，DES由至少一个氢键供体(HBD)和一个氢键受体(HBA)组成，具有较强的氢键和较低的熔点，四乙基氢氧化铵和1,3-二甲基脲合成的低共熔溶剂在常温下即可混合为无色透明液体。专利公开号CN115160591A公开了一种利用碱性低共熔溶剂快速高效解构木质纤维素的方法，其碱性低共熔溶剂是由氢键受体、氢键供体和碱性助剂混合，苄基三甲基氯化铵和多元醇组成的二元系统，额外添加碱性助剂为硫化钠对木质素进行解构。该方法虽然可以成功解离木质纤维素，但需要额外添加碱性助剂达到反应条件，易污染环境。
为赋予DES预处理后的甘蔗功能性，在DES存在下添加阳离子剂，使得阳离子基团接枝到纤维素的羟基位点，对阴离子染料有更好的静电吸引力。2,3-环氧丙基三甲基氯化铵具有较高的阳离子化效率和商业价值。根据纤维素阳离子化的科学研究，改性过程是一个醚化反应，以2,3-环氧丙基三甲基氯化铵为改性剂，改变材料的吸附能力或对不同电荷性质污染物的吸附性能，同时，季铵盐具有较低的细胞毒性，被认为是一种很有前途的改性材料。
因此，需要寻找一种不用额外反应试剂、制备工艺简单、反应条件温和且耗能低的绿色改性生物质原位还原银纳米颗粒的方法。
发明内容
针对以上问题，本发明提供一种阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料及其制备方法和应用，利用阳离子改性后的甘蔗中木质素的还原性，将银离子还原成银纳米颗粒固定在阳离子化甘蔗三维网络表面，得到阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料。本发明材料具备良好吸附性能和催化性能，可应用于有机染料的吸附去除。且该材料的制备工艺绿色无污染，反应条件温和、耗能低。
本发明通过以下技术方案实现：
一种阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料，采用四乙基氢氧化铵和1,3-二甲基脲合成的低共熔溶剂对甘蔗进行预处理，然后加入阳离子剂2,3-环氧丙基三甲基氯化铵进行阳离子改性，以得到的阳离子化甘蔗作为载体，利用甘蔗中的木质素组分的还原性，将银离子还原成银纳米颗粒固定在载体表面，得到阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料。
本发明的阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料中，所述阳离子化甘蔗的表面电位为20.7～33.2mV，所述银纳米颗粒的直径分布为50～1000nm。
一种如上所述的阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)甘蔗的预处理：将甘蔗去皮切块，置于热水中浸渍并冷冻干燥进行去糖处理，将去糖后的甘蔗与由四乙基氢氧化铵和1,3-二甲基脲合成的低共熔溶剂混合均匀，得到预处理后的甘蔗；
(2)甘蔗的阳离子改性：将阳离子剂2,3-环氧丙基三甲基氯化铵加入预处理后的甘蔗，在空气摇床中进行反应，反应结束后洗涤至中性，冷冻干燥，得到阳离子化甘蔗；
(3)银纳米颗粒的还原：将阳离子化甘蔗浸入硝酸银溶液中，放入真空干燥箱中使阳离子化甘蔗充分浸渍，然后置于油浴锅中进行反应，反应结束后洗涤，冷冻干燥，得到阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料。
作为技术方案的优选，步骤(1)中，所述去糖后的甘蔗与低共熔溶剂的质量比为1:10～60。
作为技术方案的优选，步骤(1)中，所述四乙基氢氧化铵与1,3-二甲基脲的摩尔比为1:2～3；所述四乙基氢氧化铵的浓度为30～35wt％。
作为技术方案的优选，步骤(2)中，所述去糖后的甘蔗与2,3-环氧丙基三甲基氯化铵的质量比1:5～20；所述2,3-环氧丙基三甲基氯化铵的浓度为80～85wt％。
作为技术方案的优选，步骤(2)中，所述反应温度为20～25℃，反应时间为6～10h；所述冷冻干燥时间为20～24h。
在本发明的步骤(2)中，预处理后的甘蔗中的化学组分与阳离子剂2,3-环氧丙基三甲基氯化铵发生反应的反应式为：
其中，R为纤维素，半纤维素或木质素。
作为技术方案的优选，步骤(3)中，所述阳离子化甘蔗与硝酸银溶液的质体比为1g:100～500mL；所述硝酸银溶液的浓度为0.002～0.02mol/L。
作为技术方案的优选，步骤(3)中，所述反应温度为80～90℃，反应时间为6～10h；所述冷冻干燥时间为24～34h。
一种如上所述的阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料在吸附催化去除染料废水中刚果红和甲基橙的应用。
本发明的反应原理：
(1)在甘蔗的预处理过程中，四乙基氢氧化铵具有较强碱性，与1,3-二甲基脲在室温下合成低共熔溶剂，四乙基氢氧化铵和1,3-二甲基脲分别作为氢键供体和氢键受体协同作用，主要作用于甘蔗细胞壁并对其微纤化，削弱木质素组分之间的氢键相互作用力。经碱性低共熔溶剂处理后，纤维素、半纤维素和木质素之间的氢键力被削弱，羟基基团断裂。此外，低共熔溶剂具备很好的溶胀能力，解构甘蔗天然的多孔基质，使纤维之间发生膨胀，细胞壁结构松动，形成疏松多孔的间隙，增加反应面积，使木质素的羰基、醛基和酚羟基等还原基团更多暴露，用于还原固定银纳米颗粒，增加反应位点。
(2)在甘蔗改性过程中，2，3-环氧丙基三甲基氯化铵为阳离子剂，在碱性条件下，发生开环反应，引入季铵盐官能团赋予纤维素功能化。如上述反应式所示，预处理后的甘蔗与阳离子剂2,3-环氧丙基三甲基氯化铵发生开环反应，与甘蔗化学组分中的羟基接枝，使得带正电的季铵盐基团成功载入甘蔗上，甘蔗表面电荷由负变为正，增强复合材料对刚果红和甲基橙等阴离子染料的静电吸引作用，增强吸附性能。同时，阳离子剂控制银纳米离子在木质素活性基团上过度生长，抑制银因为纳米尺寸出现的团聚效应，使得复合材料具备更好的吸附性能。
(3)在银纳米颗粒的还原过程中，将阳离子化甘蔗作为载体，利用甘蔗中的木质素组分的还原性，直接将银离子还原成银纳米颗粒固定在载体表面，合成阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料。
与现有技术相比，本发明的优点及有益效果为：
1、本发明采用四乙基氢氧化铵和1,3-二甲基脲合成绿色安全低共熔溶剂对甘蔗进行预处理，然后加入阳离子剂2,3-环氧丙基三甲基氯化铵进行阳离子改性，以得到的阳离子化甘蔗作为载体，利用甘蔗中的木质素组分的还原性，将银离子还原成银纳米颗粒固定在载体表面，得到阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料。本发明合成的材料能有效提高对可见光的吸收，增强光屏蔽性能，具备良好吸附性能和催化性能，可有效吸附催化去除染料废水中的刚果红和甲基橙。
2、本发明在对甘蔗预处理时，由氢键供体四乙基氢氧化铵和氢键受体1,3-二甲基脲合成低共熔溶剂，主要作用于甘蔗细胞壁并对其微纤化，不破坏细胞结构同时解离纤维素化学成分，并使木质素的羰基、醛基和酚羟基等还原基团更多暴露，解构甘蔗天然的多孔基质，使纤维之间发生膨胀，细胞壁结构松动，形成疏松多孔的间隙，增加反应面积，提高吸附能力，后续还原固定银纳米颗粒，增加反应位点。该过程操作简捷，节省能耗。
3、本发明在阳离子化过程中，低共熔溶剂处理后的甘蔗与阳离子剂2,3-环氧丙基三甲基氯化铵发生开环反应，与甘蔗化学组分中的羟基接枝，使得带正电的季铵盐基团成功载入甘蔗上，得以通过静电相互作用吸附阴离子染料，形成吸附催化协同作用。同时，阳离子剂控制银纳米离子在木质素活性基团上过度生长，抑制银因为纳米尺寸出现的团聚效应，使得复合材料具备更好的吸附性能。
4、本发明在银纳米颗粒的还原过程中，阳离子化甘蔗作为载体，利用阳离子化甘蔗的还原性，直接将银离子还原成银纳米颗粒固定在载体表面，阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料。该过程不用额外添加还原剂，与传统的还原银纳米颗粒的方法相比，反应条件更加绿色环保。
5、本发明合成的阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料能有效提高对可见光的吸收，可有效吸附催化去除染料废水中的刚果红和甲基橙，对刚果红的吸附去除率最高为97.78％，对甲基橙的催化降解效率为94.48％，具有良好的经济价值和应用前景。
附图说明
图1为实施例1中去糖后的甘蔗的SEM图。
图2为实施例1中经低共熔溶剂处理的甘蔗的SEM图。
图3为实施例1制得的阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料的SEM图。
图4为实施例1制得的阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料中银纳米颗粒的尺寸测量图。
图5为实施例1-4制得的阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料与空白对照组制得的未阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料的XRD图。
图6为实施例1-4制得的阳离子化甘蔗与空白组制得的未阳离子化甘蔗的Zeta电位图。
图7为实施例1-4制得的阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料与空白对照组制得的未阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料的固体紫外图。
图8为实施例1-4制得的阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料对刚果红的吸附效果图。
图9为实施例4制得的阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料对甲基橙的催化去除效果图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步地详细说明，这些实施例仅用来说明本发明，并不限制本发明的保护范围。
实施例1
阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料的制备：
(1)甘蔗的预处理：将甘蔗去皮后切成直径为10～20mm，宽度为4～6mm的圆片，置于500mL去离子水中加热80℃中，每隔12h换水，24h后去除甘蔗细胞中的蔗糖成分，冷冻干燥24h，之后取去糖后的甘蔗0.2g，加入0.02mol四乙基氢氧化铵(8.414g)和0.04mol的1,3-二甲基脲(3.524g)进行预处理，混合均匀，得到预处理后的甘蔗；
(2)甘蔗的阳离子改性：将1.0g的阳离子剂2,3-环氧丙基三甲基氯化铵用去离子水配置成质量分数为85％的溶液，加入预处理后的甘蔗混合液中进行阳离子改性，在温度25℃、转速180rpm的机械搅拌条件下反应8h，反应结束后加入500mL去离子水终止反应，将反应后的甘蔗混合液通过真空抽滤分离，收集反应后的甘蔗固体加入去离子水，反复洗涤直至洗涤液呈中性，冷冻干燥24h，得到阳离子化甘蔗；
(3)银纳米颗粒的还原：将0.1g阳离子化甘蔗置于50mL，20mM的硝酸银溶液中，放入真空干燥箱中保持真空条件1h，使甘蔗充分浸渍，然后置于油浴锅中80℃恒温处理8h，甘蔗颜色逐渐变成黑棕色，表明银纳米颗粒还原成功，反应结束后用大量去离子水洗样，冷冻干燥24h，得到阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料。
实施例2
(1)甘蔗的预处理：将甘蔗去皮后切成直径为10～20mm，宽度为4～6mm的圆片，置于500mL去离子水中加热80℃中，每隔12h换水，24h后去除甘蔗细胞中的蔗糖成分，冷冻干燥24h，之后取去糖后的甘蔗0.2g，加入0.02mol四乙基氢氧化铵(8.414g)和0.04mol的1,3-二甲基脲(3.524g)进行预处理，混合均匀，得到预处理后的甘蔗；
(2)甘蔗的阳离子改性：将2.0g的阳离子剂2,3-环氧丙基三甲基氯化铵用去离子水配置成质量分数为85％的溶液，加入预处理后的甘蔗混合液中进行阳离子改性，在温度25℃、转速180rpm的机械搅拌条件下反应8h，反应结束后加入500mL去离子水终止反应，将反应后的甘蔗混合液通过真空抽滤分离，收集反应后的甘蔗固体加入去离子水，反复洗涤直至洗涤液呈中性，冷冻干燥24h，得到阳离子化甘蔗；
(3)银纳米颗粒的还原：将0.1g阳离子化甘蔗置于50mL，20mM的硝酸银溶液中，放入真空干燥箱中保持真空条件1h，使甘蔗充分浸渍，然后置于油浴锅中80℃恒温处理8h，甘蔗颜色逐渐变成黑棕色，表明银纳米颗粒还原成功，反应结束后用大量去离子水洗样，冷冻干燥24h，得到阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料。
实施例3
(1)甘蔗的预处理：将甘蔗去皮后切成直径为10～20mm，宽度为4～6mm的圆片，置于500mL去离子水中加热80℃中，每隔12h换水，24h后去除甘蔗细胞中的蔗糖成分，冷冻干燥24h，之后取去糖后的甘蔗0.2g，加入0.02mol四乙基氢氧化铵(8.414g)和0.04mol的1,3-二甲基脲(3.524g)进行预处理，混合均匀，得到预处理后的甘蔗；
(2)甘蔗的阳离子改性：将3.0g的阳离子剂2,3-环氧丙基三甲基氯化铵用去离子水配置成质量分数为85％的溶液，加入预处理后的甘蔗混合液中进行阳离子改性，在温度25℃、转速180rpm的机械搅拌条件下反应8h，反应结束后加入500mL去离子水终止反应，将反应后的甘蔗混合液通过真空抽滤分离，收集反应后的甘蔗固体加入去离子水，反复洗涤直至洗涤液呈中性，冷冻干燥24h，得到阳离子化甘蔗；
(3)银纳米颗粒的还原：将0.1g阳离子化甘蔗置于50mL，20mM的硝酸银溶液中，放入真空干燥箱中保持真空条件1h，使甘蔗充分浸渍，然后置于油浴锅中80℃恒温处理8h，甘蔗颜色逐渐变成黑棕色，表明银纳米颗粒还原成功，反应结束后用大量去离子水洗样，冷冻干燥24h，得到阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料。
实施例4
(1)甘蔗的预处理：将甘蔗去皮后切成直径为10～20mm，宽度为4～6mm的圆片，置于500mL去离子水中加热80℃中，每隔12h换水，24h后去除甘蔗细胞中的蔗糖成分，冷冻干燥24h，之后取去糖后的甘蔗0.2g，加入0.02mol四乙基氢氧化铵(8.414g)和0.04mol的1,3-二甲基脲(3.524g)进行预处理，混合均匀，得到预处理后的甘蔗；
(2)甘蔗的阳离子改性：将4.0g的阳离子剂2,3-环氧丙基三甲基氯化铵用去离子水配置成质量分数为85％的溶液，加入预处理后的甘蔗混合液中进行阳离子改性，在温度25℃、转速180rpm的机械搅拌条件下反应8h，反应结束后加入500mL去离子水终止反应，将反应后的甘蔗混合液通过真空抽滤分离，收集反应后的甘蔗固体加入去离子水，反复洗涤直至洗涤液呈中性，冷冻干燥24h，得到阳离子化甘蔗；
(3)银纳米颗粒的还原：将0.1g阳离子化甘蔗置于50mL，20mM的硝酸银溶液中，放入真空干燥箱中保持真空条件1h，使甘蔗充分浸渍，然后置于油浴锅中80℃恒温处理8h，甘蔗颜色逐渐变成黑棕色，表明银纳米颗粒还原成功，反应结束后用大量去离子水洗样，冷冻干燥24h，得到阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料。
空白对照组
(1)甘蔗的预处理：将甘蔗去皮后切成直径为10～20mm，宽度为4～6mm的圆片，置于500mL去离子水中加热80℃中，每隔12h换水，24h后去除甘蔗细胞中的蔗糖成分，冷冻干燥24h，之后取去糖后的甘蔗0.2g，加入0.02mol四乙基氢氧化铵(8.414g)和0.04mol的1,3-二甲基脲(3.524g)进行预处理，混合均匀，得到预处理后的甘蔗；
(2)阳离子改性对照组：在预处理后的甘蔗中不添加阳离子剂2,3-环氧丙基三甲基氯化铵，直接冷冻干燥24h，得到未阳离子化甘蔗；
(3)银纳米颗粒的还原：将0.1g未阳离子化甘蔗置于50mL，20mM的硝酸银溶液中，放入真空干燥箱中保持真空条件1h，使甘蔗充分浸渍，然后置于油浴锅中80℃恒温处理8h，甘蔗颜色逐渐变成黑棕色，表明银纳米颗粒还原成功，反应结束后用大量去离子水洗样，冷冻干燥24h，得到未阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料。
一、材料表征分析
(一)SEM分析
用场发射扫描电子显微镜(SEM)对实施例1中去糖后的甘蔗、经低共熔溶剂处理的甘蔗、阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料以及银纳米颗粒的尺寸测量进行形貌表征，表征结果如图1-4所示，图1为实施例1中去糖后的甘蔗的SEM图，图2为实施例1中经低共熔溶剂处理的甘蔗的SEM图，图3为实施例1制得的阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料的SEM图，图4为实施例1制得的阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料中银纳米颗粒的尺寸测量图。
从图1可知，未处理的甘蔗SEM图植物细胞内部通道平整光滑，具备作为反应平台的条件。从图2可知，经低共熔溶剂处理后，甘蔗表面出现微纤化，甘蔗细胞壁的基本形态未被破坏，出现褶皱和轻微的组分分离，增加反应接触面积。表明在该反应体系中，低共熔溶剂对甘蔗处理效果显著。从图3可知，阳离子化甘蔗放入硝酸银溶液中浸渍反应后，明显原位还原出银纳米颗粒分布于甘蔗表面和通道内部。从图4可知，还原出来的银纳米颗粒尺寸分布主要在50～1000nm。
(二)XRD分析
用X射线衍射仪对实施例1-4制得的阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料与空白对照组制得的未阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料进行XRD表征分析，表征结果如图5所示，图5为实施例1-4制得的阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料与空白对照组制得的未阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料的XRD图。图5中，Blank表示空白对照组制得的未阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料，1:5、1:10、1:15、1:20分别表示实施例1-4中由不同质量比的去糖后的甘蔗与阳离子剂2,3-环氧丙基三甲基氯化铵反应制得的阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料。
由图5可知，XRD晶体衍射峰分别在38°、44°、64.3°、77.5°和81.4°，分别对应AgJCPDS04-0783卡号的(111)、(200)、(220)、(311)和(222)的特征峰，证实了在甘蔗内部及表面成功还原成AgNPs，进一步证明银纳米粒子还原成功。
(三)Zeta电位分析
用Zeta电位分析仪对实施例1-4制得的阳离子化甘蔗与空白对照组制得的未阳离子化甘蔗进行Zeta电位分析，分析结果如图6所示，图6为实施例1-4制得的阳离子化甘蔗与空白组制得的未阳离子化甘蔗的Zeta电位图。图6中，空白表示空白对照组制得的未阳离子化甘蔗，1:5、1:10、1:15、1:20分别表示实施例1-4中由不同质量比的去糖后的甘蔗与阳离子剂2,3-环氧丙基三甲基氯化铵反应制得的阳离子化甘蔗。
由图6可知，空白对照组中未添加阳离子剂2,3-环氧丙基三甲基氯化铵制得的未阳离子化甘蔗的表面电荷为负值，而实施例1-4中分别添加不同用量的阳离子剂后，制得的阳离子化甘蔗表面电荷由负变正。且在实施例4中，当甘蔗与阳离子剂的质量比为1:20时，电荷量最高，达到33.2mV，进一步说明2,3-环氧丙基三甲基氯化铵对甘蔗的阳离子改性成功，季铵盐基团与甘蔗成功反应。
(四)固体紫外分析
对空白对照组中去糖后的甘蔗、经低共熔溶剂处理的甘蔗、去糖后的甘蔗直接负载银纳米颗粒以及实施例1-4制得的阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料进行固体紫外测试分析，测试结果如图7所示。图7中，Blank表示空白对照组中去糖后的甘蔗，Blank-Ag表示空白对照组去糖后的甘蔗直接负载银纳米颗粒，DES表示空白对照组经低共熔溶剂处理的甘蔗，DES-Ag-1:5、DES-Ag-1:10、DES-Ag-1:15、DES-Ag-1:20分别表示实施例1-4中由不同质量比的去糖后的甘蔗与阳离子剂2,3-环氧丙基三甲基氯化铵反应制得的阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料。
由图7可知，实施例1-4的复合材料在418nm波长处出现银纳米粒子的吸收峰，证明木质素还原银成功。另外，实施例1-4中的甘蔗经过低共熔溶剂处理再阳离子化后，经负载银纳米颗粒后可见光吸收明显提高，证明甘蔗改性处理后，增强银纳米的负载量，增强复合材料对可见光有效吸收，证明处理后的材料具备一定光屏蔽性能。
二、材料吸附性能分析
(一)刚果红染料的吸附去除
分别称取空白对照组中制得的未阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料、实施例1-4制得的阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料50mg于烧杯中，加入100mL 30mg/L的刚果红溶液，置于磁力搅拌器上300r/min搅拌使甘蔗与染料充分接触，反应后定时取样3～4mL，置于离心机中5000r/min下离心，取上清液放入比色皿中在紫外分光光度下测量吸光度，波长范围为400～600nm，测试结果如图8所示，图8为实施例1-4制得的阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料对刚果红的吸附效果图。图8中，0表示空白对照组中制得的未阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料，1:5、1:10、1:15、1:20分别表示实施例1-4中由不同质量比的去糖后的甘蔗与阳离子剂2,3-环氧丙基三甲基氯化铵反应制得的阳离子化甘蔗。
由图8可知，用30mg/L的刚果红溶液来探究阳离子化甘蔗还原纳米颗粒的吸附性能，随着阳离子剂的添加量不同，吸附性能随之变化。
在实施例4中，当阳离子剂的添加量为4g时，即甘蔗与阳离子剂质量比为1:20时，刚果红的吸附去除率最高，为97.78％，如表1所示。
表1材料吸附性能探究
(二)甲基橙染料的催化降解
分别称取空白对照组中去糖后的甘蔗、经低共熔溶剂处理的甘蔗、实施例4中所得的吸附性能最优的1:20的阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料50mg于烧杯中，加入40mL30mg/L甲基橙和50mM氢化钠混合液，置于磁力搅拌器上搅拌使甘蔗与染料充分接触，反应后定时取样3～4mL，置于离心机中5000r/min下离心，取上清液放入比色皿中在紫外分光光度下测量吸光度，波长范围为300～600nm，测试结果如图9所示，图9为实施例4制得的阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料对甲基橙的催化去除效果图。图9中，空白表示空白对照组中去糖后的甘蔗、DES表空白对照组中示低共熔溶剂处理的甘蔗、DES-Ag表示实施例4制得的阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料。
由图9可知，在阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料作为催化剂存在的情况下，硼氢化钠作为还原剂，甲基橙溶液在十分钟内降解率达到94.48％。而不含银纳米颗粒的材料，对甲基橙不存在吸附能力。因此，可以证明阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料具备良好的催化性能。
Claims (10)
1.一种阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料，其特征在于，采用四乙基氢氧化铵和1,3-二甲基脲合成的低共熔溶剂对甘蔗进行预处理，然后加入阳离子剂2,3-环氧丙基三甲基氯化铵进行阳离子改性，以得到的阳离子化甘蔗作为载体，利用甘蔗中的木质素组分的还原性，将银离子还原成银纳米颗粒固定在载体表面，得到阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料。
2.根据权利要求1所述的阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料，其特征在于，所述阳离子化甘蔗的表面电位为20.7～33.2mV，所述银纳米颗粒的直径分布为50～1000nm。
3.一种如权利要求1或2所述的阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)甘蔗的预处理：将甘蔗去皮切块，置于热水中浸渍并冷冻干燥进行去糖处理，将去糖后的甘蔗与由四乙基氢氧化铵和1,3-二甲基脲合成的低共熔溶剂混合均匀，得到预处理后的甘蔗；
(2)甘蔗的阳离子改性：将阳离子剂2,3-环氧丙基三甲基氯化铵加入预处理后的甘蔗，在空气摇床中进行反应，反应结束后洗涤至滤液呈中性，冷冻干燥，得到阳离子化甘蔗；
(3)银纳米颗粒的还原：将阳离子化甘蔗浸入硝酸银溶液中，放入真空干燥箱中使阳离子化甘蔗与硝酸银溶液充分接触，然后置于油浴锅中进行反应，反应结束后洗涤，冷冻干燥，得到阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料。
4.根据权利要求1所述的阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述去糖后的甘蔗与低共熔溶剂的质量比为1:10～60。
5.根据权利要求1所述的阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述四乙基氢氧化铵与1,3-二甲基脲的摩尔比为1:2～3。
6.根据权利要求1所述的阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述去糖后的甘蔗与2,3-环氧丙基三甲基氯化铵的质量比1:5～20。
7.根据权利要求1所述的阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述反应温度为20～25℃，反应时间为6～10h。
8.根据权利要求1所述的阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述阳离子化甘蔗与硝酸银溶液的质体比为1g:100～500mL。
9.根据权利要求1所述的阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述反应温度为80～90℃，反应时间为6～10h。
10.一种如权利要求1或2所述的阳离子化甘蔗负载纳米银复合材料在吸附催化去除染料废水中刚果红和甲基橙的应用。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115888658A (zh) * | 2022-11-17 | 2023-04-04 | 广西大学 | 阳离子化木质纤维素纳米纤维吸附剂及其制备方法和应用 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104610461A (zh) * | 2015-03-08 | 2015-05-13 | 桂林理工大学 | 用于药物载体的羧甲基化-chtac季铵化蔗渣木聚糖的制备方法 |
| CN107020082A (zh) * | 2017-03-20 | 2017-08-08 | 兰州大学 | 一种纳米复合物及其制备方法和应用 |
| CN108436099A (zh) * | 2018-04-04 | 2018-08-24 | 吉林化工学院 | 一种具有抗菌性能的纳米银的制备方法 |
| US20210070629A1 (en) * | 2019-09-05 | 2021-03-11 | Imam Abdulrahman Bin Faisal University | Green synthesis of noble metal/transition metal oxide nanocomposite |
| CN113731186A (zh) * | 2021-08-23 | 2021-12-03 | 广西大学 | 处理废水用金属纳米颗粒/木质纤维素基功能化滤膜的制备方法 |
-
2023
- 2023-03-10 CN CN202310224296.4A patent/CN116328733A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104610461A (zh) * | 2015-03-08 | 2015-05-13 | 桂林理工大学 | 用于药物载体的羧甲基化-chtac季铵化蔗渣木聚糖的制备方法 |
| CN107020082A (zh) * | 2017-03-20 | 2017-08-08 | 兰州大学 | 一种纳米复合物及其制备方法和应用 |
| CN108436099A (zh) * | 2018-04-04 | 2018-08-24 | 吉林化工学院 | 一种具有抗菌性能的纳米银的制备方法 |
| US20210070629A1 (en) * | 2019-09-05 | 2021-03-11 | Imam Abdulrahman Bin Faisal University | Green synthesis of noble metal/transition metal oxide nanocomposite |
| CN113731186A (zh) * | 2021-08-23 | 2021-12-03 | 广西大学 | 处理废水用金属纳米颗粒/木质纤维素基功能化滤膜的制备方法 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| RIJUTA GANESH SARATALE ET AL.: "Lignin-Mediated Silver Nanoparticle Synthesis for Photocatalytic Degradation of Reactive Yellow 4G and In Vitro Assessment of Antioxidant, Antidiabetic, and Antibacterial Activities", 《POLYMERS》, vol. 14, 8 February 2022 (2022-02-08), pages 1 - 18 * |
| YAO L ET AL.: "cationic lignocellulose nanofibers from agricultural waste as high-performing adsorbents for the removal of dissolved and colloidal substances", 《POLYMERS》, vol. 14, no. 5, 24 February 2022 (2022-02-24), pages 2 * |
| 张清桐等: "太阳光催化木质素制备银纳米颗粒", 《林产化学与工业》, vol. 39, no. 4, 31 August 2019 (2019-08-31), pages 35 - 41 * |
| 林飞帆等: "蔗渣纤维素的功能化改性及其应用进展", 《当代化工研究》, no. 22, 23 November 2022 (2022-11-23), pages 126 - 128 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115888658A (zh) * | 2022-11-17 | 2023-04-04 | 广西大学 | 阳离子化木质纤维素纳米纤维吸附剂及其制备方法和应用 |
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