類水滑石光催化降解木質素的方法
2023-08-05 08:14:16
類水滑石光催化降解木質素的方法
【專利摘要】本發明提供了類水滑石光催化降解木質素的方法，它屬於類水滑石應用領域。類水滑石光催化降解木質素具體做法如下：類水滑石置於石英玻璃管中，加入含鹼木質素的溶液，然後用日光燈或紫外光燈照射20min～20h，即完成木質素降解。紫外光照射和日光照射下對類水滑石吸附和降解鹼木質素有好的影響，紫外光的降解效果優於日光，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鹼木質素的效果都優於納米二氧化鈦。
【專利說明】類水滑石光催化降解木質素的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於類水滑石應用領域，具體涉及類水滑石光催化降解木質素的方法。
【背景技術】
[0002]鹼木質素難以利用是其結構與性能決定的，由於甲氧基含量較高，醇羥基含量較低，大量的紫丁香基和少量的愈創木基，導致化學反應活性低。由此可知，提高醇羥基和酚羥基含量，降低甲氧基含量，增強鹼木質素的化學反應活性，是木質素化學反應的基礎，是草類鹼木質素利用的關鍵問題。但目前有關木質素增加可反應官能團的研究很少，只有一些涉及此方面的研究報導，如氧化劑降解、高溫高壓氫解、電化學氧化降解等。如何使黑液降解以實現無害排放，對製漿造紙行業的發展至關重要。造紙業產生廢水排放量大、內容物十分複雜並且汙染嚴重，是難處理的有機廢水之一。
[0003]目前，有關類水滑石降解木質素的報導極少。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供類水滑石光催化降解木質素的方法。
[0005]本發明方案一:類水滑石光催化降解木質素具體做法如下:類水滑石置於石英玻璃管中，加入含鹼木質素的溶液，然後用日光燈照射20min~20h，即完成木質素降解。
[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度為5W~100W。所述類水滑用量是鹼木質素質量的0.1~0.7倍。
[0007]本發明方案二:類水滑石光催化降解木質素具體做法如下:類水滑石置於石英玻璃管中，加入含鹼木質素的溶液，紫外光燈下照射20min~15h，即完成木質素降解。
[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鹼木質素質量的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鹼木質素有好的影響，紫外光的效果優於日光照射，紫外光照射下鹼木質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鹼木質素的效果都優於納米二氧化鈦。
【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是鹼木質素原液紫外-可見譜圖；圖
6是鹼木質素加入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-鹼木質素加21mg鎳鎂招類水滑石光照5.5h, 2-鹼木質素加21mg鎳鎂招類水滑石
光照15h。【具體實施方式】
[0011]【具體實施方式】一:本實施方式中類水滑石降解木質素的方法具體做法如下:3mg鎳鎂招類水滑石置於石英玻璃管中，加入60mL濃度為0.15g/L鹼木質素溶液,光照強度為50W的日光燈下照射20小時，即完成木質素降解。
[0012]【具體實施方式】二:本實施方式中類水滑石降解木質素的方法具體做法如下:9mg鎳鎂招類水滑石置於石英玻璃管中，加入60mL濃度為0.15g/L鹼木質素溶液,光照強度為50W的日光燈下照射20小時，即完成木質素降解。
[0013]【具體實施方式】三:本實施方式中類水滑石降解木質素的方法具體做法如下:15mg鎳鎂招類水滑石置於石英玻璃管中，加入60mL濃度為0.15g/L鹼木質素溶液,光照強度為50W的日光燈下照射20小時，即完成木質素降解。
[0014]【具體實施方式】四:本實施方式中類水滑石降解木質素的方法具體做法如下:21mg鎳鎂招類水滑石置於石英玻璃管中，加入60mL濃度為0.15g/L鹼木質素溶液,光照強度為50W的日光燈下照射20小時，即完成木質素降解。
[0015]【具體實施方式】五:本實施方式中類水滑石降解木質素的方法具體做法如下:15mg鎳鎂鋁類水滑石置於石英玻璃管中，加入60mL濃度為0.15g/L鹼木質素溶液，功率是300W的紫外光燈下照射15小 時，即完成木質素降解。
[0016]【具體實施方式】六:本實施方式中類水滑石降解木質素的方法具體做法如下:21mg鎳鎂鋁類水滑石置於石英玻璃管中，加入60mL濃度為0.15g/L鹼木質素溶液，功率是300W的紫外光燈下照射15小時，即完成木質素降解。
[0017]採用下述實驗驗證【具體實施方式】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)分別配製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的物質的量的比配製成硝酸鹽溶液(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配製成0.6mol: 0.45mol的混合鹼液。
[0020](2)安裝裝置，固定好水浴鍋、攪拌器、四口瓶，恆溫水浴鍋溫度70°C ；
[0021](3)將硝酸鹽溶液和混合鹼溶液分別倒入恆壓滴液漏鬥中，插入四口瓶上，向四口瓶中加IOOmL蒸餾水；
[0022](4)打開攪拌器強烈攪拌，同時控制混合鹽溶液和混合鹼溶液的相對滴加速度，宜慢速使反應充分完全，不斷測溶液PH並保持值在8~9之間，滴加結束後繼續恆溫攪拌lh。
[0023](5)將所得漿液倒入燒杯後轉移到微波爐中，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，然後抽濾、烘乾即可得鎳鎂鋁類水滑石樣品。
[0025](7)將所得原樣經研磨過篩後裝袋備用。
[0026]二、納米二氧化鈦的製備，具體內容如下:
[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。
[0028](2)滴加完畢，超聲震蕩20min。[0029](3)過濾沉澱，在紅外燈下烘乾並用研缽將其研細。
[0030](4)在馬弗爐中400°C下燒結一個小時。
[0031](5)冷卻後產品稱重，得TiO2納米微粒。
[0032](6)將所得原樣經過篩後裝袋備用。
[0033]三、鹼木質素溶液的 配製，配製方法如下:
[0034]用分析天平準確稱取0.15g鹼木質素，放入燒杯中溶解後轉入1000ml容量瓶中，定容至刻度線，配置成0.15g/L的鹼木質素原液,並且搖勻,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鹼木質素的降解研究
[0037]準確稱取3mg、9mg、15mg和21mg鎳鎂招類水滑石於4支60mL石英玻璃管中，並分別加入60mL鹼木質素溶液,標號,開始計時,在日光下,每隔一定時間,各取30mL溶液離心(4000r/min) 3min後，用紫外分光光度計對不同溶液進行吸光度的測定(波長選在277nm和264nm)，並與原液的吸光度對比，數據見表1。
[0038]2、不同量的類水滑石在紫外光下對鹼木質素的降解研究
[0039]準確稱取15mg和21mg鎳鎂鋁類水滑石於2支60mL石英玻璃管中，並分別加入60mL鹼木質素溶液，開始計時，在紫外光下，每隔一定時間，取30ml溶液離心(4000r/min) 3min後，用紫外分光光度計對二者進行吸光度的測定(波長選在277nm和264nm)，數據見表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、鹼木質素樣品進行紅外光譜檢測，實驗所用儀器為美國生產的Avatar360型FT-1R紅外分光光度計，採用KBr壓片，測定波數範圍為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行X射線衍射檢測，實驗所用儀器為日本理學生產的D/MAX2200VPC型X射線衍射儀，X-Ray強度為40kV/30mA。
[0045]3、紫外-可見光光譜檢測
[0046]本實驗採用北京普析通用儀器有限責任公司生產的(TU-1901)雙光束紫外可見分光光度計。首先進行參數設置，定量測定的波長選在λ = 264和277nm，光譜掃描的範圍設定在200~SOOnm之間，再用石英比色皿對待測液進行吸光度測定，記錄數據。
[0047]六、結果與討論
[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，產物在3450CHT1附近出現層中-OH的氫氧鍵伸縮振動峰，這是由於類水滑石層間含有大量的羥基。在1636CHT1附近出現的譜帶是結晶水的-OH彎曲振動峰。波長為1370CHT1附近出現的IR帶是CO廣的C-O伸縮振動峰，600~700CHT1的譜峰屬於碳酸根中C-O的面內彎曲振動特徵峰。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。並且，在3700附近並沒有發現無定型或晶態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+沒有單獨沉澱形成氫氧化物，而是形成了更穩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特徵譜帶。
[0050]2、XRD 分析
[0051]X射線同可見光一樣，都具有波動性，故可以發生衍射。對於固體晶態化合物，沒有任何兩種化合物的晶體結構和化學成分是相同的，結構和成分不同的晶體其粉末的衍射數據是不同的。X射線粉晶衍射儀可以通過測角儀和計數器記錄衍射線的方向與強度，來獲得衍射數據。本實驗主要利用XRD來確定類水滑石的晶體結構和層板之間的晶面間距，並進行結晶度分析。
[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徵結構，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，衍射峰的峰形窄且尖，表明晶面生長的有序程度較高，結晶度較好。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。根據譜圖特徵和鹼木質素單體的一些性質，實驗選定測量277nm和264nm處的吸光度來研究鎳鎂鋁類水滑石和二氧化鈦對鹼木質素的降解。
[0055]4、在日光下鎳鎂鋁類水滑石降解鹼木質素的吸光度值
[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]
【權利要求】
1.類水滑石光催化降解木質素的方法，其特徵在於類水滑石光催化降解木質素具體做法如下:類水滑石置於石英玻璃管中，加入含鹼木質素的溶液，然後用日光燈照射20min~20h,即完成木質素降解。
2.根據權利要求1所述的類水滑石光催化降解木質素的方法，其特徵在於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.根據權利要求1或2所述的類水滑石光催化降解木質素的方法，其特徵在於所述日光燈的光照強度為5W~100W。
4.根據權利要求3所述的類水滑石光催化降解木質素的方法，其特徵在於所述類水滑用量是鹼木質素質量的0.1~0.7倍。
5.類水滑石光催化降解木質素的方法，其特徵在於類水滑石光催化降解木質素具體做法如下:類水滑石置於石英玻璃管中，加入含鹼木質素的溶液，紫外光燈下照射20min~15h，即完成木質素降解。
6.類水滑石光催化降解木質素的方法，其特徵在於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素的方法，其特徵在於紫外光的功率是300W或500W。
8.類水滑石光催化降解木質素的方法，其特徵在於類水滑用量是鹼木質素質量的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 優先權日:2014年5月4日
【發明者】王麗麗, 王寶生, 孫曉珊, 倫紅葉, 樊凱悅, 溫煌 申請人:東北林業大學