CN116899630A - 一种可降解光催化细菌纤维素膜及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于可降解光催化纤维素膜制备技术领域，具体涉及一种可降解光催化细菌纤维素膜及其制备方法与应用。充分利用绿色的太阳能用于光催化木质素解聚，完成木质素绿色高效降解得到高值产物；可实现对制浆造纸废水中木素等残余有机物光催化降解，既避免了直接对制浆造纸废水进行光催化处理时处理量大、处理效率低的问题，又解决了大部分光催化材料处理废水时难以再生和循环利用问题。
Description
技术领域
本发明属于可降解光催化纤维素膜制备技术领域，具体涉及一种可降解光催化细菌纤维素膜及其制备方法与应用。
背景技术
地球上的植物，每年通过光合作用除了产生大量纤维素之外，还可产生大约1500亿吨天然大分子芳香族化合物——木素。然而如此丰富的自然资源至今仍未得到充分高效的利用，只有极少部分的木素被开发成化学品。木质素作为一种丰富可再生的生物质能源，有效地将其降解成常规所用的化学品或材料，实现其高值化转化，近年来成为国内外学者的研究热点。
太阳能是地球上使用最广泛、最绿色、最可持续的能源。光催化是一种清洁、高效、节能、环境友好、成本低廉的技术，不仅可利用太阳能，还可在常温、常压的温和条件下对木素进行解聚，具有巨大的应用潜力。1989年，Kobayakawa等首次报道TiO2作为光催化剂降解木素的研究，在特点条件下，TiO2可将硫酸盐木素被完全分解为二氧化碳和水。此后，利用各类材料在光照条件降解木素的光催化技术逐渐发展成熟，其环保经济的特性促使研究人员开发出了In2S3、Ni─Fe/AC、CuSO4、ZnS、ZnO、POMs、Ag2S、水滑石类和钙钛矿类等大量光催化剂。然而现实中这些光催化剂都或多或少的存在着各自的优缺点，要么光催化效率低下，要么受着严格的光响应范围的制约。
发明内容
针对现阶段木素降解存在的问题，以及光催化剂响应范围的限制的问题，本发明提供一种可降解光催化细菌纤维素膜，充分利用绿色的太阳能用于光催化木质素解聚，完成木质素绿色高效降解得到高值产物；可实现对制浆造纸废水中木素等残余有机物光催化降解，既避免了直接对制浆造纸废水进行光催化处理时处理量大、处理效率低的问题，又解决了大部分光催化材料处理废水时难以再生和循环利用问题。
本发明的技术方案如下：
一种可降解光催化细菌纤维素膜，包括以下重量份的原料：细菌纤维素50～90份，聚偏二氟乙烯（PVDF）1～60份，N,N-二甲基甲酰胺（DMF）1～10份，硅烷偶联剂1～5%，MOF0.1～1份。
优选地，所述的MOF为UiO-66-NH2(Zr)或UiO-66-NH2(Hf)。
优选地，所述细菌纤维素的直径为50-100 nm；长度>20μm。
上述可降解光催化细菌纤维素膜的制备方法，包括以下步骤：按照配比将原料混合，超声分散后抽滤，干燥即得。
本发明的另一个目的，保护上述可降解光催化细菌纤维素膜在木素降解上的应用。
本发明的另一个目的，保护上述可降解光催化细菌纤维素膜在制浆造纸废水处理上的应用。
本申请采用光催化的机理是：
本发明所用负载MOF材料制备可降解光催化细菌纤维素膜，一方面基于源自MOF的不同组分的电荷跃迁以及电荷转移，从而在光激发下产生电子-空穴的分离行为；另一方面利用MOF的多孔结构和表面活性位点吸附和催化光催化反应物，从而实现对污染物的高效降解。
本发明的有益效果
1、制备方法简单，仅仅需要采用超声抽滤制备得到，适用于工业化生产。
2、制备的材料可以降解；
3、用于制浆造纸废水处理上效果显著。
附图说明
图1为实施例5所制备的可降解光催化细菌纤维素膜；
图2为实施例5所制备的可降解光催化细菌纤维素膜的扫描电镜图；
图3为实施例5所制备的可降解光催化细菌纤维素膜降解前后的对照图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明；除另有指明，实施例中的所述份数均以质量计。
实施例1
一种可降解光催化细菌纤维素膜的制备方法，包括如下步骤：将50份细菌纤维素纤维素、1份PVDF、1份DMF、1份硅烷偶联剂和0.1份UiO-66-NH2(Hf)加入到超声分散机中，超声分散10分钟；将上述产品转移到抽滤器中抽滤10分钟；将湿膜置于100℃的平板干燥器中干燥5分钟，得到基于MOF材料的可降解光催化细菌纤维素膜。
将材料置于残余木素浓度为50ppm的1000份造纸废水中，使用300W的太阳光模拟灯照射下1小时，木素降解率达到32.5%。
实施例2
一种可降解光催化细菌纤维素膜的制备方法，包括如下步骤：将50份细菌纤维素纤维素、5份PVDF、3份DMF、2份硅烷偶联剂和0.4份UiO-66-NH2(Hf)加入到超声分散机中，超声分散10分钟；将上述产品转移到抽滤器中抽滤10分钟；将湿膜置于100℃的平板干燥器中干燥5分钟，得到基于MOF材料的可降解光催化细菌纤维素膜。
将材料置于残余木素浓度为50ppm的1000份造纸废水中，使用300W的太阳光模拟灯照射下1小时，木素降解率达到74.8%。
实施例3
一种可降解光催化细菌纤维素膜的制备方法，包括如下步骤：将50份细菌纤维素纤维素、5份PVDF、5份DMF、2份硅烷偶联剂和0.8份UiO-66-NH2(Hf)加入到超声分散机中，超声分散10分钟；将上述产品转移到抽滤器中抽滤10分钟；将湿膜置于100℃的平板干燥器中干燥5分钟，得到基于MOF材料的可降解光催化细菌纤维素膜。
将材料置于残余木素浓度为50ppm的1000份造纸废水中，使用300W的太阳光模拟灯照射下1小时，木素降解率达到95.7%。
实施例4
一种可降解光催化细菌纤维素膜的制备方法，包括如下步骤：将50份细菌纤维素纤维素、10份PVDF、5份DMF、3份硅烷偶联剂和0.8份UiO-66-NH2(Hf)加入到超声分散机中，超声分散10分钟；将上述产品转移到抽滤器中抽滤10分钟；将湿膜置于100℃的平板干燥器中干燥8分钟，得到基于MOF材料的可降解光催化细菌纤维素膜。
将材料置于残余木素浓度为50ppm的1000份造纸废水中，使用300W的太阳光模拟灯照射下1小时，木素降解率达到95.7%。
实施例5
一种可降解光催化细菌纤维素膜的制备方法，包括如下步骤：将80份细菌纤维素纤维素、20份PVDF、8份DMF、3份硅烷偶联剂和0.8份UiO-66-NH2(Hf)加入到超声分散机中，超声分散10分钟；将上述产品转移到抽滤器中抽滤10分钟；将湿膜置于100℃的平板干燥器中干燥8分钟，得到基于MOF材料的可降解光催化细菌纤维素膜。
将材料置于残余木素浓度为50ppm的1000份造纸废水中，使用300W的太阳光模拟灯照射下1小时，木素降解率达到98.1%。
实施例6
一种可降解光催化细菌纤维素膜的制备方法，包括如下步骤：将80份细菌纤维素纤维素、20份PVDF、8份DMF、3份硅烷偶联剂和0.8份UiO-66-NH2(Zr)加入到超声分散机中，超声分散10分钟；将上述产品转移到抽滤器中抽滤10分钟；将湿膜置于100℃的平板干燥器中干燥8分钟，得到基于MOF材料的可降解光催化细菌纤维素膜。
将材料置于残余木素浓度为50ppm的1000份造纸废水中，使用300W的太阳光模拟灯照射下1小时，木素降解率达到92.5%。
实施例7
一种可降解光催化细菌纤维素膜的制备方法，包括如下步骤：将80份细菌纤维素、30份PVDF、8份DMF、5份硅烷偶联剂和0.8份UiO-66-NH2(Hf)加入到超声分散机中，超声分散10分钟；将上述产品转移到抽滤器中抽滤10分钟；将湿膜置于100℃的平板干燥器中干燥10分钟，得到基于MOF材料的可降解光催化细菌纤维素膜。
将材料置于残余木素浓度为50ppm的1000份造纸废水中，使用300W的太阳光模拟灯照射下1小时，木素降解率达到97.8%。
对比例1 与实施例5相比不含有MOF
一种基于MOF材料的可降解光催化细菌纤维素膜的制备方法，包括如下步骤：将80份细菌纤维素纤维素、20份PVDF、8份DMF和3份硅烷偶联加入到超声分散机中，超声分散10分钟；将上述产品转移到抽滤器中抽滤10分钟；将湿膜置于100℃的平板干燥器中干燥8分钟，得到基于MOF材料的可降解光催化细菌纤维素膜。
将材料置于残余木素浓度为50ppm的1000份造纸废水中，使用300W的太阳光模拟灯照射下1小时，未见任何的木素降解。
对比例2与实施例5相比不含有细菌纤维素
一种基于MOF材料的可降解光催化细菌纤维素膜的制备方法，包括如下步骤：将20份PVDF、8份DMF和3份硅烷偶联加入到超声分散机中，超声分散10分钟；将上述产品转移到抽滤器中抽滤10分钟，无法得到膜材料。
对比例3与实施例5相比不含有PVDF
一种基于MOF材料的可降解光催化细菌纤维素膜的制备方法，包括如下步骤：将80份细菌纤维素纤维素、8份DMF和3份硅烷偶联加入到超声分散机中，超声分散10分钟；将上述产品转移到抽滤器中抽滤10分钟；将湿膜置于100℃的平板干燥器中干燥8分钟，得到基于MOF材料的可降解光催化细菌纤维素膜。
将材料置于残余木素浓度为50ppm的1000份造纸废水中，使用300W的太阳光模拟灯照射下1小时，细菌纤维素膜发生分解破碎，无法重复利用。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。
Claims (6)
1.一种可降解光催化细菌纤维素膜，其特征在于，包括以下重量份的原料：细菌纤维素50～90份，聚偏二氟乙烯1～60份，N,N-二甲基甲酰胺1～10份，硅烷偶联剂1～5%，MOF 0.1～1份。
2.根据权利要求1所述的可降解光催化细菌纤维素膜，其特征在于，所述的MOF为UiO-66-NH2(Zr)或UiO-66-NH2(Hf)。
3.根据权利要求1所述的可降解光催化细菌纤维素膜，其特征在于，所述细菌纤维素的直径为50-100 nm；长度>20μm。
4.权利要求1所述的可降解光催化细菌纤维素膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按照配比将原料混合，超声分散后抽滤，干燥即得。
5.权利要求1-3任一所述的可降解光催化细菌纤维素膜在木素降解上的应用。
6.权利要求1-3任一所述的可降解光催化细菌纤维素膜在制浆造纸废水处理上的应用。
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