一種鋁離子摻雜氧化鋅吸附劑(azo),制備方法及其應(yīng)用
【專(zhuān)利說(shuō)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(lèi)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(mén)及研宄工作者的研宄熱點(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(guò)程中由于降低染料含量的能力有限、或者是由于處理過(guò)程中有毒副產(chǎn)物而造成二次污染、操作過(guò)程復(fù)雜繁瑣、成本較高等問(wèn)題。采用何種方法能夠避免上述問(wèn)題的存在，又能達(dá)到廢水治理的效果，使更多的研宄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(wú)毒，對(duì)染料的吸附率高等優(yōu)勢(shì)越來(lái)越受到肯定。它主要包括物理吸附、化學(xué)吸附兩種類(lèi)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(guò)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(guò)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(guò)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(shuō)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Ζη0、ΑΖ0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) 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Ζη0、ΑΖ0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(xiàn)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(xiàn)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)3.9H20，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/C0-to內(nèi)插圖為AZO對(duì)MO在不同時(shí)間的吸附照片。圖中紅線(xiàn)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/Q-t)。圖中紅線(xiàn)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)。
2.一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(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)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(guò)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。本發(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(wú)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(lèi)】C02F1-28, B01J23-06, B01J20-06, B01J20-30, C02F101-30
【公開(kāi)號(hào)】CN104707559
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510087649
【發(fā)明人】孫小華, 羅偉龍
【申請(qǐng)人】三峽大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年6月17日
【申請(qǐng)日】2015年2月26日