類水滑石光催化降解木質(zhì)素的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了類水滑石光催化降解木質(zhì)素的方法，它屬于類水滑石應(yīng)用領(lǐng)域。類水滑石光催化降解木質(zhì)素具體做法如下：類水滑石置于石英玻璃管中，加入含堿木質(zhì)素的溶液，然后用日光燈或紫外光燈照射20min～20h，即完成木質(zhì)素降解。紫外光照射和日光照射下對類水滑石吸附和降解堿木質(zhì)素有好的影響，紫外光的降解效果優(yōu)于日光，紫外光照射下溶液的吸光度降低的更明顯。鎳鎂鋁類水滑石在紫外光照射和日光照射下降解堿木質(zhì)素的效果都優(yōu)于納米二氧化鈦。
【專利說明】類水滑石光催化降解木質(zhì)素的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于類水滑石應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及類水滑石光催化降解木質(zhì)素的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]堿木質(zhì)素難以利用是其結(jié)構(gòu)與性能決定的，由于甲氧基含量較高，醇羥基含量較低，大量的紫丁香基和少量的愈創(chuàng)木基，導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)活性低。由此可知，提高醇羥基和酚羥基含量，降低甲氧基含量，增強(qiáng)堿木質(zhì)素的化學(xué)反應(yīng)活性，是木質(zhì)素化學(xué)反應(yīng)的基礎(chǔ)，是草類堿木質(zhì)素利用的關(guān)鍵問題。但目前有關(guān)木質(zhì)素增加可反應(yīng)官能團(tuán)的研究很少，只有一些涉及此方面的研究報道，如氧化劑降解、高溫高壓氫解、電化學(xué)氧化降解等。如何使黑液降解以實(shí)現(xiàn)無害排放，對制漿造紙行業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。造紙業(yè)產(chǎn)生廢水排放量大、內(nèi)容物十分復(fù)雜并且污染嚴(yán)重，是難處理的有機(jī)廢水之一。
[0003]目前，有關(guān)類水滑石降解木質(zhì)素的報道極少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供類水滑石光催化降解木質(zhì)素的方法。
[0005]本發(fā)明方案一:類水滑石光催化降解木質(zhì)素具體做法如下:類水滑石置于石英玻璃管中，加入含堿木質(zhì)素的溶液，然后用日光燈照射20min~20h，即完成木質(zhì)素降解。
[0006]方案一中所述類水滑石為鎳鎂鋁類水滑石、鋅鎂鋁類水滑石、銅鎂鋁類水滑石中的一種或者其中幾種的混合；類水滑石為混合物時，各種類水滑石間按任意比混合。所述日光燈的光照強(qiáng)度為5W~100W。所述類水滑用量是堿木質(zhì)素質(zhì)量的0.1~0.7倍。
[0007]本發(fā)明方案二:類水滑石光催化降解木質(zhì)素具體做法如下:類水滑石置于石英玻璃管中，加入含堿木質(zhì)素的溶液，紫外光燈下照射20min~15h，即完成木質(zhì)素降解。
[0008]方案二中所述類水滑石為鎳鎂鋁類水滑石、鋅鎂鋁類水滑石、銅鎂鋁類水滑石中的一種或者其中幾種的混合；類水滑石為混合物時，各種類水滑石間按任意比混合。所述紫外光的功率是300W或500W。所述類水滑石用量是堿木質(zhì)素質(zhì)量的0.5倍或0.7倍。
[0009]紫外光照射和日光照射下對類水滑石吸附和降解堿木質(zhì)素有好的影響，紫外光的效果優(yōu)于日光照射，紫外光照射下堿木質(zhì)素溶液的吸光度比日光照射下降低的更明顯。鎳鎂鋁類水滑石在紫外光照射和日光照射下降解堿木質(zhì)素的效果都優(yōu)于納米二氧化鈦。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是鎳鎂鋁類水滑石的IR譜圖；圖2是納米TiO2的IR譜圖；圖3是鎳鎂鋁類水滑石的XRD譜圖；圖4是納米TiOJ^XRD譜圖；圖5是堿木質(zhì)素原液紫外-可見譜圖；圖
6是堿木質(zhì)素加入21mg鎳鎂鋁類水滑石在不同紫外光照時間下的紫外-可見譜圖，圖6中 1-堿木質(zhì)素加21mg鎳鎂招類水滑石光照5.5h, 2-堿木質(zhì)素加21mg鎳鎂招類水滑石
光照15h。【具體實(shí)施方式】
[0011]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式中類水滑石降解木質(zhì)素的方法具體做法如下:3mg鎳鎂招類水滑石置于石英玻璃管中，加入60mL濃度為0.15g/L堿木質(zhì)素溶液,光照強(qiáng)度為50W的日光燈下照射20小時，即完成木質(zhì)素降解。
[0012]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式中類水滑石降解木質(zhì)素的方法具體做法如下:9mg鎳鎂招類水滑石置于石英玻璃管中，加入60mL濃度為0.15g/L堿木質(zhì)素溶液,光照強(qiáng)度為50W的日光燈下照射20小時，即完成木質(zhì)素降解。
[0013]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式中類水滑石降解木質(zhì)素的方法具體做法如下:15mg鎳鎂招類水滑石置于石英玻璃管中，加入60mL濃度為0.15g/L堿木質(zhì)素溶液,光照強(qiáng)度為50W的日光燈下照射20小時，即完成木質(zhì)素降解。
[0014]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式中類水滑石降解木質(zhì)素的方法具體做法如下:21mg鎳鎂招類水滑石置于石英玻璃管中，加入60mL濃度為0.15g/L堿木質(zhì)素溶液,光照強(qiáng)度為50W的日光燈下照射20小時，即完成木質(zhì)素降解。
[0015]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式中類水滑石降解木質(zhì)素的方法具體做法如下:15mg鎳鎂鋁類水滑石置于石英玻璃管中，加入60mL濃度為0.15g/L堿木質(zhì)素溶液，功率是300W的紫外光燈下照射15小 時，即完成木質(zhì)素降解。
[0016]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式中類水滑石降解木質(zhì)素的方法具體做法如下:21mg鎳鎂鋁類水滑石置于石英玻璃管中，加入60mL濃度為0.15g/L堿木質(zhì)素溶液，功率是300W的紫外光燈下照射15小時，即完成木質(zhì)素降解。
[0017]采用下述實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證【具體實(shí)施方式】一至六的效果:
[0018]一、鎳鎂鋁類水滑石的合成，具體方法如下:
[0019](I)分別配制lmol/L的硝酸鎳水溶液、硝酸鎂水溶液和硝酸鋁水溶液，按Ni2+、Mg2+與Al3+為0.1:2.9:1的物質(zhì)的量的比配制成硝酸鹽溶液(即將2mL硝酸鎳水溶液、58mL硝酸鎂水溶液、20mL硝酸鋁水溶液混合均勻);NaOH與Na2CO3配制成0.6mol: 0.45mol的混合堿液。
[0020](2)安裝裝置，固定好水浴鍋、攪拌器、四口瓶，恒溫水浴鍋溫度70°C ；
[0021](3)將硝酸鹽溶液和混合堿溶液分別倒入恒壓滴液漏斗中，插入四口瓶上，向四口瓶中加IOOmL蒸餾水；
[0022](4)打開攪拌器強(qiáng)烈攪拌，同時控制混合鹽溶液和混合堿溶液的相對滴加速度，宜慢速使反應(yīng)充分完全，不斷測溶液PH并保持值在8~9之間，滴加結(jié)束后繼續(xù)恒溫攪拌lh。
[0023](5)將所得漿液倒入燒杯后轉(zhuǎn)移到微波爐中，在溫度為70°C的條件下微波晶化30mino
[0024](6)將所獲得的漿液倒入3000ml燒杯中，用蒸餾水洗滌至PH = 7，然后抽濾、烘干即可得鎳鎂鋁類水滑石樣品。
[0025](7)將所得原樣經(jīng)研磨過篩后裝袋備用。
[0026]二、納米二氧化鈦的制備，具體內(nèi)容如下:
[0027](I)在室溫下將27mL酞酸丁酯逐滴滴加到171mL蒸餾水中，邊滴加邊攪拌，控制滴加和攪拌速度緩慢狀態(tài)。
[0028](2)滴加完畢，超聲震蕩20min。[0029](3)過濾沉淀，在紅外燈下烘干并用研缽將其研細(xì)。
[0030](4)在馬弗爐中400°C下燒結(jié)一個小時。
[0031](5)冷卻后產(chǎn)品稱重，得TiO2納米微粒。
[0032](6)將所得原樣經(jīng)過篩后裝袋備用。
[0033]三、堿木質(zhì)素溶液的 配制，配制方法如下:
[0034]用分析天平準(zhǔn)確稱取0.15g堿木質(zhì)素，放入燒杯中溶解后轉(zhuǎn)入1000ml容量瓶中，定容至刻度線，配置成0.15g/L的堿木質(zhì)素原液,并且搖勻,溶液為淺棕黃色。
[0035]四、降解研究
[0036]1、不同量的類水滑石在日光下對堿木質(zhì)素的降解研究
[0037]準(zhǔn)確稱取3mg、9mg、15mg和21mg鎳鎂招類水滑石于4支60mL石英玻璃管中，并分別加入60mL堿木質(zhì)素溶液,標(biāo)號,開始計時,在日光下,每隔一定時間,各取30mL溶液離心(4000r/min) 3min后，用紫外分光光度計對不同溶液進(jìn)行吸光度的測定(波長選在277nm和264nm)，并與原液的吸光度對比，數(shù)據(jù)見表1。
[0038]2、不同量的類水滑石在紫外光下對堿木質(zhì)素的降解研究
[0039]準(zhǔn)確稱取15mg和21mg鎳鎂鋁類水滑石于2支60mL石英玻璃管中，并分別加入60mL堿木質(zhì)素溶液，開始計時，在紫外光下，每隔一定時間，取30ml溶液離心(4000r/min) 3min后，用紫外分光光度計對二者進(jìn)行吸光度的測定(波長選在277nm和264nm)，數(shù)據(jù)見表2。
[0040]五、檢測方法:
[0041]1、紅外光譜檢測(FT-1R)
[0042]對TiO2、鎳鎂鋁類水滑石、堿木質(zhì)素樣品進(jìn)行紅外光譜檢測，實(shí)驗(yàn)所用儀器為美國生產(chǎn)的Avatar360型FT-1R紅外分光光度計，采用KBr壓片，測定波數(shù)范圍為400~4000cm 1O
[0043]2、X射線衍射檢測(XRD)
[0044]對TiO2、鎳鎂鋁類水滑石樣品進(jìn)行X射線衍射檢測，實(shí)驗(yàn)所用儀器為日本理學(xué)生產(chǎn)的D/MAX2200VPC型X射線衍射儀，X-Ray強(qiáng)度為40kV/30mA。
[0045]3、紫外-可見光光譜檢測
[0046]本實(shí)驗(yàn)采用北京普析通用儀器有限責(zé)任公司生產(chǎn)的(TU-1901)雙光束紫外可見分光光度計。首先進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，定量測定的波長選在λ = 264和277nm，光譜掃描的范圍設(shè)定在200~SOOnm之間，再用石英比色皿對待測液進(jìn)行吸光度測定，記錄數(shù)據(jù)。
[0047]六、結(jié)果與討論
[0048]1、FT-1R 分析
[0049]鎳鎂鋁類水滑石和TiO2的IR譜圖見圖1和2。由圖1可以看出，產(chǎn)物在3450CHT1附近出現(xiàn)層中-OH的氫氧鍵伸縮振動峰，這是由于類水滑石層間含有大量的羥基。在1636CHT1附近出現(xiàn)的譜帶是結(jié)晶水的-OH彎曲振動峰。波長為1370CHT1附近出現(xiàn)的IR帶是CO廣的C-O伸縮振動峰，600~700CHT1的譜峰屬于碳酸根中C-O的面內(nèi)彎曲振動特征峰。從紅外譜圖1分析可知，此合成方法均合成出層間陰離子為碳酸根的類水滑石化合物。并且，在3700附近并沒有發(fā)現(xiàn)無定型或晶態(tài)的金屬氫氧化物自由羥基伸縮振動吸收峰存在，說明Ni2+、Mg2+和Al3+沒有單獨(dú)沉淀形成氫氧化物，而是形成了更穩(wěn)定的碳酸根型鎳鎂鋁類水滑石。IR譜圖充分說明了鎳鎂鋁類水滑石的合成獲得成功。從紅外譜圖2中同樣可以看到在3437,2360和1630CHT1均有二氧化鈦的IR特征譜帶。
[0050]2、XRD 分析
[0051]X射線同可見光一樣，都具有波動性，故可以發(fā)生衍射。對于固體晶態(tài)化合物，沒有任何兩種化合物的晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分是相同的，結(jié)構(gòu)和成分不同的晶體其粉末的衍射數(shù)據(jù)是不同的。X射線粉晶衍射儀可以通過測角儀和計數(shù)器記錄衍射線的方向與強(qiáng)度，來獲得衍射數(shù)據(jù)。本實(shí)驗(yàn)主要利用XRD來確定類水滑石的晶體結(jié)構(gòu)和層板之間的晶面間距，并進(jìn)行結(jié)晶度分析。
[0052]圖3和4分別是鎳鎂鋁類水滑石樣品和二氧化鈦的XRD譜圖。由圖3可知，合成的樣品具備典型類水滑石的特征結(jié)構(gòu)，均含有(003)、(006)、(012)、(015)、(018)、(110)和(113)衍射峰，說明成功合成出了鎳鎂鋁類水滑石，其基線低且平穩(wěn)，衍射峰的峰形窄且尖，表明晶面生長的有序程度較高，結(jié)晶度較好。同樣由圖4可知納米TiOJ^XRD射線在衍射角25.4。、37.4。和47.4。處有明顯的衍射峰，分別為銳鈦礦的(101)面、(004)面和(200)面，這與JCPDS卡中211272號銳鈦礦型TiO2的2 Θ值完全一致，這說明所得粒子為單一的銳鈦礦型TiO2。
[0053]3、紫外-可見光光譜法分析
[0054]由圖5可知:277nm處為紫外吸收波峰，264nm處是波谷，347nm處有微弱的可見吸收波峰。根據(jù)譜圖特征和堿木質(zhì)素單體的一些性質(zhì)，實(shí)驗(yàn)選定測量277nm和264nm處的吸光度來研究鎳鎂鋁類水滑石和二氧化鈦對堿木質(zhì)素的降解。
[0055]4、在日光下鎳鎂鋁類水滑石降解堿木質(zhì)素的吸光度值
[0056]表1給出在不同日光照射時間下的不同量鎳鎂鋁類水滑石在紫外波長277nm處的吸光度值。
[0057]表1日光照射下在277nm處的吸光度值
[0058]
【權(quán)利要求】
1.類水滑石光催化降解木質(zhì)素的方法，其特征在于類水滑石光催化降解木質(zhì)素具體做法如下:類水滑石置于石英玻璃管中，加入含堿木質(zhì)素的溶液，然后用日光燈照射20min~20h,即完成木質(zhì)素降解。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的類水滑石光催化降解木質(zhì)素的方法，其特征在于所述的類水滑石為鎳鎂鋁類水滑石、鋅鎂鋁類水滑石、銅鎂鋁類水滑石中的一種或者其中幾種的混合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的類水滑石光催化降解木質(zhì)素的方法，其特征在于所述日光燈的光照強(qiáng)度為5W~100W。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的類水滑石光催化降解木質(zhì)素的方法，其特征在于所述類水滑用量是堿木質(zhì)素質(zhì)量的0.1~0.7倍。
5.類水滑石光催化降解木質(zhì)素的方法，其特征在于類水滑石光催化降解木質(zhì)素具體做法如下:類水滑石置于石英玻璃管中，加入含堿木質(zhì)素的溶液，紫外光燈下照射20min~15h，即完成木質(zhì)素降解。
6.類水滑石光催化降解木質(zhì)素的方法，其特征在于類水滑石為鎳鎂鋁類水滑石、鋅鎂鋁類水滑石、銅鎂鋁類水滑石中的一種或者其中幾種的混合。
7.類水滑石光催化降解木質(zhì)素的方法，其特征在于紫外光的功率是300W或500W。
8.類水滑石光催化降解木質(zhì)素的方法，其特征在于類水滑用量是堿木質(zhì)素質(zhì)量的0.5倍或0.7倍。
【文檔編號】C08H7/00GK103951833SQ201410184081
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月4日
【發(fā)明者】王麗麗, 王寶生, 孫曉珊, 倫紅葉, 樊凱悅, 溫煌 申請人:東北林業(yè)大學(xué)