一種鋁離子摻雜氧化鋅吸附劑（azo），制備方法及其應(yīng)用
【專利說明】
[0001]技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種多孔片狀A(yù)ZO吸附劑的制備方法，用于高效吸附有機(jī)染料甲基橙和光催化領(lǐng)域。
[0002]【背景技術(shù)】:
甲基橙是一種有機(jī)染料。有機(jī)染料被廣泛運(yùn)用在紡織、造紙、化妝品、塑料等工業(yè)領(lǐng)域，雖然推動(dòng)了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，但產(chǎn)生的大量染料廢水嚴(yán)重影響這人類的健康的生活。因此，對(duì)染料廢水的治理成為了環(huán)保部門及研究工作者的研究熱點(diǎn)之一。
[0003]常用的治理廢水的方法主要包括:膜分離法、生物降解法、光催化氧化法、沉淀法。這些方法在處理過程中由于降低染料含量的能力有限、或者是由于處理過程中有毒副產(chǎn)物而造成二次污染、操作過程復(fù)雜繁瑣、成本較高等問題。采用何種方法能夠避免上述問題的存在，又能達(dá)到廢水治理的效果，使更多的研究者致力于新型工藝的研發(fā)。而吸附法作為操作簡(jiǎn)單，安全無毒，對(duì)染料的吸附率高等優(yōu)勢(shì)越來越受到肯定。它主要包括物理吸附、化學(xué)吸附兩種類型。前者的吸附能力主要體現(xiàn)在吸附劑的比表面積大、適宜的孔徑大小，而后者主要是由于其表面具有大量的功能性基團(tuán)，通過與染料分子的鍵合力的作用而達(dá)到吸附的效果。當(dāng)然在化學(xué)吸附過程中往往也涉及到物理吸附的存在。
[0004]氧化鋅具有較強(qiáng)的抗輻射損傷能力，是廣泛應(yīng)用的材料，它具有很高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。本發(fā)明采用水熱法合成片狀結(jié)構(gòu)的氧化鋅，并通過煅燒方式形成多孔結(jié)構(gòu)而增加其比表面積和簡(jiǎn)單的金屬離子摻雜方式而改變氧化鋅表面的電性，兩者共同改善其對(duì)染料甲基橙的吸附能力。該方法所需的實(shí)驗(yàn)條件溫和，簡(jiǎn)單易操作，制備的粉體具有粉末細(xì)(納米級(jí))、純度高、分散性好、均勻、分布窄、晶型好、形狀可控等特點(diǎn)。
[0005]
【發(fā)明內(nèi)容】
:
本發(fā)明的目的是提供一種多孔片狀結(jié)構(gòu)AZO吸附劑的制備方法，該方法制備出的AZO實(shí)現(xiàn)對(duì)甲基橙的高效吸附處理，有效改善水體環(huán)境。其工藝簡(jiǎn)單、成本低、可重復(fù)性好，能夠運(yùn)用于有機(jī)污染物的去除，而且可以運(yùn)用在光催化領(lǐng)域。
[0006]本發(fā)明技術(shù)方案:用控制水熱和煅燒工藝，制備一種多孔片狀結(jié)構(gòu)AZO吸附劑。步驟為:
步驟一:將適量九水合硝酸鋁溶解到一定濃度的鋅鹽水溶液中，然后加入一定濃度的六亞甲基四胺(HMTA)水溶液，均勻持續(xù)攪拌10分鐘；
步驟二:將步驟一配好的溶液轉(zhuǎn)移至50mL水熱釜中，進(jìn)行水熱反應(yīng)；
步驟三:將水熱反應(yīng)后的產(chǎn)物清洗干凈、干燥得到前驅(qū)體，然后將其放入馬弗爐中進(jìn)行煅燒，最后獲得多孔片狀A(yù)ZO粉體。
[0007]上述步驟一中的鋅鹽為六水合硝酸鋅或醋酸鋅或硫酸鋅；九水合硝酸鋁在溶液中的濃度為;鋅鹽濃度為8mM~12mM ；HMTA的濃度為8mM~12mM。
[0008]上述步驟二的水熱溫度為120~180°C，時(shí)間為12~24h。
[0009]上述步驟三中煅燒溫度為300~600° C，時(shí)間為l~3h。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于: 該工藝中水熱反應(yīng)溫度在120~180°C，反應(yīng)溫度低；很好地控制產(chǎn)物的合成和結(jié)構(gòu)形貌。而且該方法制備的AZO對(duì)甲基橙有顯著的吸附能力。該發(fā)明的制備工藝簡(jiǎn)單易操作，重復(fù)性好、而且需要設(shè)備簡(jiǎn)單成本比較低；制備的吸附劑性能優(yōu)異。
【附圖說明】
[0011]圖1為片狀ZnO的前驅(qū)體的SEM。
[0012]圖2為多孔片狀ZnO的SEM。
[0013]圖3為片狀A(yù)ZO的前驅(qū)體SEM。
[0014]圖4為多孔片狀A(yù)ZO的SEM。
[0015]圖5為ZnO、AZO對(duì)MO的吸附(C/CQ-t)。內(nèi)插圖為AZO對(duì)MO在不同時(shí)間的吸附照片。
[0016]圖6為ZnO、AZO在紫外光下對(duì)MO的光催化(C/CQ-t)。
[0017]【具體實(shí)施方式】:
實(shí)施例1
片狀ZnO的前驅(qū)體
配置1mM Zn (NO) 3.6H20溶液，然后加入HMTA，使HMTA的濃度為8mM~12mM，然后均勻持續(xù)攪拌10分鐘；將配好的溶液轉(zhuǎn)移至50mL水熱釜中，進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度為120~180°C，時(shí)間為12~24h，待自然冷卻；將水熱反應(yīng)后的產(chǎn)物清洗干凈、干燥得到片狀ZnO的前驅(qū)體粉體。圖1為片狀ZnO的前驅(qū)體的SEM，粉體呈現(xiàn)致密的片狀結(jié)構(gòu)。
[0018]實(shí)施例2 多孔片狀ZnO
配置1mM Zn (NO) 6H20溶液，然后加入HMTA，使HMTA的濃度為8mM~12mM，然后均勻持續(xù)攪拌10分鐘；將配好的溶液轉(zhuǎn)移至50mL水熱釜中，進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度為120~180°C，時(shí)間為12~24h，待自然冷卻；將水熱反應(yīng)后的產(chǎn)物清洗干凈、干燥得到前驅(qū)體。將前驅(qū)體在馬弗爐中以4°C /min的升溫速率升到400°C并保溫lh，待自然降溫，得到多孔片狀A(yù)ZO粉體。圖2為多孔片狀ZnO的SEM，粉體為的多孔隙的片狀形貌，且片狀由小的納米顆粒組裝而成。圖5為ZnO、AZO對(duì)MO的吸附C/CQ-t。內(nèi)插圖為AZO對(duì)MO在不同時(shí)間的吸附照片。圖中黑線為ZnO對(duì)MO的吸附濃度變化，可以看出在15min后出現(xiàn)吸附平衡，且吸附率為25%左右。圖6為ZnO、AZO在紫外光下對(duì)MO的光催化(C/CQ-t)。圖中黑線為ZnO在紫外光下對(duì)MO的光催化，可以看出光照60min降解率接近20%。
[0019]實(shí)施例3 片狀A(yù)ZO的前驅(qū)體
配置 1mM Zn(NO)3.6H20 溶液，然后加入 HMTA、A1 (NO3) 3.9Η20,使 HMTA 和 Al (NO3) 3.9Η20的濃度分別為8mM~12mM、lmM~5mM，然后均勻持續(xù)攪拌10分鐘；將配好的溶液轉(zhuǎn)移至50mL水熱釜中，進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度為120~180°C，時(shí)間為12~24h，待自然冷卻；將水熱反應(yīng)后的產(chǎn)物清洗干凈、干燥得到片狀A(yù)ZO的前驅(qū)體。圖3為片狀A(yù)ZO的前驅(qū)體SEM，粉體為致密的片狀結(jié)構(gòu)。
[0020]實(shí)施例4 多孔片狀A(yù)ZO配置 1mM Zn(NO)3.6Η20 溶液，然后加入 HMTA、A1 (NO3) 3.9Η20，使 HMTA 和 Al (NO3) 3.9Η20的濃度分別為8mM~12mM、lmM~5mM，然后均勻持續(xù)攪拌10分鐘；將配好的溶液轉(zhuǎn)移至50mL水熱釜中，進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度為120~180°C，時(shí)間為12~24h，待自然冷卻；將水熱反應(yīng)后的產(chǎn)物清洗干凈、干燥得到前驅(qū)體，將前驅(qū)體在馬弗爐中以4°C /min的升溫速率升到400°C并保溫lh，待自然降溫，得到多孔片狀A(yù)ZO粉體。圖4為多孔片狀A(yù)ZO的SEM，粉體為的多孔隙的片狀形貌且片狀由小的納米顆粒組裝而成。圖5為ZnO、AZO對(duì)MO的吸附C/CQ-t。內(nèi)插圖為AZO對(duì)MO在不同時(shí)間的吸附照片。圖中紅線為AZO對(duì)MO的吸附濃度變化，可以看出在5min后出現(xiàn)吸附平衡,且吸附率為100%。從內(nèi)插圖中可以看出吸附Imin以后MO溶液透明，基本被完全吸附。圖6為Ζη0、ΑΖ0在紫外光下對(duì)MO的光催化(C/CQ-t)。圖中紅線為AZO在紫外光下對(duì)MO的光催化，可以看出光照15min降解率接近100%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種鋁離子摻雜氧化鋅吸附劑(AZO)，其特征在于，該吸附劑的表面帶正電性和多孔片狀結(jié)構(gòu)。
2.—種鋁離子摻雜氧化鋅吸附劑(AZO)的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)將九水合硝酸鋁溶解到鋅鹽水溶液中，然后加入六亞甲基四胺(HMTA)水溶液,持續(xù)攪拌10分鐘，使其均勻； 2)將步驟I)配好的溶液轉(zhuǎn)移至50mL水熱釜中，在120~180°C下水熱反應(yīng)12_24h； 3)將步驟2)水熱反應(yīng)后的產(chǎn)物清洗干凈、干燥得到前驅(qū)體，然后將其放入馬弗爐中在300~600°C下煅燒l~3h，獲得多孔片狀結(jié)構(gòu)的AZO粉體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋁離子摻雜氧化鋅吸附劑(AZO)的制備方法，其特征在于，九水合硝酸鋁在溶液中的濃度為;所述的鋅鹽濃度為8mM~12mM，鋅鹽為六水合硝酸鋅或醋酸鋅或硫酸鋅；HMTA的濃度為8mM~12mM。
4.權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)鋁離子摻雜氧化鋅吸附劑(AZO)在治理有毒有機(jī)污染物上的應(yīng)用。
5.權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)鋁離子摻雜氧化鋅吸附劑(AZO)在光催化試劑上的應(yīng)用。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多孔片狀結(jié)構(gòu)AZO吸附劑的制備方法：九水合硝酸鋁溶解到鋅鹽水溶液中，然后加入六亞甲基四胺（HMTA）水溶液，混合均勻后進(jìn)行水熱反應(yīng)。將反應(yīng)后得到的前驅(qū)體放入馬弗爐中進(jìn)行煅燒，最后獲得多孔片狀A(yù)ZO粉體。該方法是通過煅燒增加吸附劑的比表面積和鋁離子摻雜改變吸附劑表面的電性，從而加強(qiáng)對(duì)染料的吸附能力。發(fā)明制備的多孔片狀結(jié)構(gòu)AZO吸附劑具有制備工藝簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定、吸附效率高效、無毒等優(yōu)點(diǎn)，能夠運(yùn)用于有機(jī)污染物的去除，而且可以運(yùn)用在光催化領(lǐng)域。
【IPC分類】C02F1-32, B01J23-06, C02F1-28, B01J20-06, B01J20-30, B01J20-28
【公開號(hào)】CN104549125
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510032653
【發(fā)明人】孫小華, 羅偉龍
【申請(qǐng)人】三峽大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2015年1月23日