[发明专利]一种以木质素为模板合成介孔TiO2光催化剂的方法

说明书

技术领域

本发明属于多孔材料合成方法领域，具体涉及一种以木质素为模板合成介孔TiO₂光催化剂的方法。 

背景技术

介孔TiO₂具有较大的比表面积、较好的表面渗透性、较强的吸附性能和较高的捕光效率等，在降解有机物时具有比普通TiO₂更高的光催化效率，因此成为人们研究的热点。但传统制备介孔TiO₂的方法大多都用到各种有机溶剂或模板剂(表面活性剂、嵌段共聚物、非表面活性剂有机小分子、微乳液液滴及聚合物微球形成的胶体晶体等)，大多数方法对环境污染较大，合成条件相对苛刻，所制备的材料性能也不甚理想。因此寻找一种合适的方法制备多孔的TiO₂成为研究的热点。 

木质素是一种富含负电集团的多环、立体网状高分子有机物，对高价金属离子或者基团具有较强的亲和力；分子上存在酚羟基、醇羟基、羧基等官能团有利于高分子的结构修饰。在自然界中，木质素的储量仅次于纤维素，而且每年都以500 亿吨的速度再生。制浆造纸工业每年要从植物中分离出大约1.4亿吨纤维素，同时得到5000万吨左右的木质素副产品，但迄今为止，超过95 %的木质素仍以“黑液”直接排入江河，造成二次污染严重；或浓缩后烧掉，很少得到有效利用。本发明拟以制浆“黑液”分离出来的木质素为模板剂，合成孔隙结构可调的环境保护用介孔TiO₂光催化剂。该技术的成功为介孔TiO₂光催化剂的合成及拓展制浆“黑液”的应用具有一定的理论和现实意义。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种以木质素为模板合成介孔TiO₂光催化剂的方法。本发明制得的TiO₂具有较高的比表面积和良好的孔隙结构，且紫外光催化活性比传统TiO₂高。 

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案： 

一种以木质素为模板合成介孔TiO₂光催化剂的方法是以木质素为模板剂、四氯化钛为钛源，采用超声波辅助法制得介孔TiO₂。包括以下步骤：

（1）将粗碱木质素（福建青州造纸厂）溶于质量分数为10%的NaOH溶液中，过滤除去不溶物，得到纯化的碱木质素溶液，在搅拌条件下缓慢滴加HCl溶液调节纯化的碱木质素溶液pH=4，反应1 h后，真空抽滤，用蒸馏水洗涤滤饼至中性，将滤饼在85℃真空干燥至恒重，即制得木质素；

（2）在100~300mL去离子水加入步骤（1）所制得的木质素0.5~5g，在超声波的作用下缓慢加入5~10mL的TiCl₄；反应10~15min后，升温至50~60℃，反应20min后，用质量分数为8%的氨水调节溶液的pH=7，反应20~25min；

（3）将步骤（2）反应后的物料陈化5h后，水洗4次再用乙醇洗3次；将洗后的物料在85℃下真空烘干至恒重，研磨；再放进石英管式反应器，通入氧气，以10~30℃/min的速率升温至400~800℃，保温1~4h，自然冷却至室温，即制得所述的介孔TiO₂光催化剂。

步骤（2）中超声波功率为300~500W。 

本发明的显著优点在于：本发明制得的TiO₂具有较高的比表面积和良好的孔隙结构，且紫外光催化活性比传统TiO₂高。该技术不仅有望解决传统制备介孔材料带来环境污染、制备条件相对苛刻、所制得材料性能不甚理想等问题；而且可以提高对我国造纸工业的主要副产物碱木质素的综合开发和利用，以减少碱木质素直接排放造成严重环境污染和对资源的极大浪费。对于缓解资源危机、维持可持续发展具有重要的现实意义。 

附图说明

图1为不同TiO₂对苯酚的光催化降解曲线图。 

图2为木质素模板剂合成介孔TiO₂光催化剂及无模板合成TiO₂光催化剂的吸附脱附曲线图。

图3为木质素模板剂合成介孔TiO₂光催化剂及无模板合成TiO₂光催化剂的孔径分布图。 

图4为木质素模板剂合成介孔TiO₂光催化剂的透射电镜图。 

图5为无模板合成TiO₂光催化剂的透射电镜图。