CN110433789A - 一种利用凤眼莲累积纳米氧化锌制备光催化生物炭复合材料的方法 - Google Patents
一种利用凤眼莲累积纳米氧化锌制备光催化生物炭复合材料的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110433789A CN110433789A CN201910700898.6A CN201910700898A CN110433789A CN 110433789 A CN110433789 A CN 110433789A CN 201910700898 A CN201910700898 A CN 201910700898A CN 110433789 A CN110433789 A CN 110433789A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- zine oxide
- nano zine
- eichhornia crassipes
- photocatalysis
- carbon composite
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 240000003826 Eichhornia crassipes Species 0.000 title claims abstract description 78
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 48
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 47
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 title claims abstract description 47
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 44
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 claims abstract description 26
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 19
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 22
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 claims description 18
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims description 12
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 claims description 12
- 239000004098 Tetracycline Substances 0.000 claims description 10
- 229960002180 tetracycline Drugs 0.000 claims description 10
- 229930101283 tetracycline Natural products 0.000 claims description 10
- 235000019364 tetracycline Nutrition 0.000 claims description 10
- 150000003522 tetracyclines Chemical class 0.000 claims description 10
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 6
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 6
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 claims description 5
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 claims description 5
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 4
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 claims description 4
- 238000007873 sieving Methods 0.000 claims description 4
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 claims description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 3
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 11
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 5
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 abstract description 2
- 241000894007 species Species 0.000 abstract description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 abstract description 2
- 239000003643 water by type Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 54
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 23
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 13
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 12
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 12
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 9
- 238000002525 ultrasonication Methods 0.000 description 6
- JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L zinc dichloride Chemical group [Cl-].[Cl-].[Zn+2] JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 6
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N Zinc dication Chemical compound [Zn+2] PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 4
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 4
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 3
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 3
- 239000011592 zinc chloride Substances 0.000 description 3
- 235000005074 zinc chloride Nutrition 0.000 description 3
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 2
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 2
- 210000002421 cell wall Anatomy 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 150000003254 radicals Chemical class 0.000 description 2
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- MKYBYDHXWVHEJW-UHFFFAOYSA-N N-[1-oxo-1-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propan-2-yl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(C(C)NC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 MKYBYDHXWVHEJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000002853 Nelumbo nucifera Species 0.000 description 1
- 235000006508 Nelumbo nucifera Nutrition 0.000 description 1
- 235000006510 Nelumbo pentapetala Nutrition 0.000 description 1
- 241000233805 Phoenix Species 0.000 description 1
- 241000872198 Serjania polyphylla Species 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 238000005899 aromatization reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000003115 biocidal effect Effects 0.000 description 1
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 1
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000009849 deactivation Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 210000003608 fece Anatomy 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000011534 incubation Methods 0.000 description 1
- 238000002354 inductively-coupled plasma atomic emission spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000003760 magnetic stirring Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000008239 natural water Substances 0.000 description 1
- 230000017074 necrotic cell death Effects 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 238000012113 quantitative test Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 229940072172 tetracycline antibiotic Drugs 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 210000003934 vacuole Anatomy 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/06—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of zinc, cadmium or mercury
-
- B01J35/39—
-
- B01J35/394—
-
- B01J35/61—
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/30—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/38—Organic compounds containing nitrogen
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
- Y02A90/40—Monitoring or fighting invasive species
Abstract
本发明涉及一种利用凤眼莲累积纳米氧化锌制备光催化生物炭复合材料的方法，具体步骤如下：1)取生长在自然湖泊中的凤眼莲，用蒸馏水洗净后置于含纳米氧化锌的培养液中培养，培养15～45天后取出凤眼莲洗净，再经烘干、粉碎备用；2)将粉碎后的凤眼莲在惰性气氛下煅烧，冷却后处理得到纳米氧化锌‑生物炭光催化复合材料。本发明以凤眼莲为生物炭来源，凤眼莲作为外来物种近年来在许多富营养化水域泛滥成灾，本发明为变废为宝，实现了凤眼莲的资源化利用，并且能够适当降低纳米氧化锌半导体的禁带宽度，使得材料更容易被紫外灯激发，提高其光催化效应。
Description
技术领域
本发明属于光催化材料技术领域，具体涉及一种利用凤眼莲累积纳米氧化锌制备光催化生物炭复合材料的方法。
背景技术
四环素类抗生素由于价格低廉，在我国使用量巨大。四环素使用后会通过***物的方式进入到市政管网中，再排入污水处理厂，而目前大多数的污水处理厂没有针对四环素类抗生素的处理工艺。因此，四环素会跟随污水厂出水流入自然水域，对水环境产生污染。
纳米氧化锌由于其颗粒尺寸小、比表面积大、化学活性高等特点用作光催化剂。在紫外光照射下，纳米氧化锌会受激发而产生氧化性很高的自由基，这些自由基可以与复杂难降解有机物反应从而达到降解去除此类有机物的目的。但纳米氧化锌极易团聚，团聚后其纳米效应和光催化效应都显著下降，这也导致了纳米氧化锌的应用受到极大限制。
生物炭是指生物质材料在限氧(或无氧)以及相对低温(通常＜700℃)的情况下进行热解生成的一类固体材料，具有难熔、稳定、多孔、高度芳香化、富含碳素等特点。由于制备生物炭的原料各异，制备过程中，表面官能团和电化学性能的限制，对污染物的去除难以达到较为理想的效果。但从基质材料角度考虑，生物炭比表面积大、孔径分布规则、空隙结构发达且具有稳定的物理化学性质，是一种性能优良的材料。若以生物炭作为基质，将纳米氧化锌分散在生物炭表面可极大降低纳米颗粒间的聚集效应，并适当降低纳米氧化锌的半导体带宽，使得生物炭改性后在具备吸附效应的同时具有显著的光催化效应。但目前将纳米氧化锌与生物炭结合的方式都是通过一些物理或化学的手段来进行人工负载，这些负载方式往往步骤繁琐、操作复杂，增加了实验材料与试剂的消耗，无形中增加了实验成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种利用凤眼莲累积纳米氧化锌制备光催化生物炭复合材料的方法。凤眼莲在生长过程中对溶液中纳米氧化锌进行自然吸附，纳米氧化锌进入凤眼莲植株体内，与植株紧密结合，烧制成生物炭后，纳米氧化锌均匀分散在生物炭表面，并且纳米氧化锌的半导体带宽得到有效降低，更容易被紫外灯激发，将所得生物炭复合材料置于低压紫外灯照射下可实现对四环素的高效降解。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：
提供一种利用凤眼莲累积纳米氧化锌制备光催化生物炭复合材料的方法，具体步骤如下：
1)取生长在自然湖泊中的凤眼莲，用蒸馏水洗净后置于含纳米氧化锌的培养液中培养，培养15～45天后取出凤眼莲洗净，再经烘干、粉碎备用；
2)将粉碎后的凤眼莲在惰性气氛下煅烧，冷却后处理得到纳米氧化锌-生物炭光催化复合材料。
按上述方案，步骤1)所述凤眼莲单株鲜重20～30g。
按上述方案，所述纳米氧化锌粒径为20～40nm。
按上述方案，步骤1)所述含纳米氧化锌的培养液的配制方法为：将纳米氧化锌加入水中，超声分散均匀得到纳米氧化锌溶液，将所得纳米氧化锌溶液与营养液混合，加蒸馏水稀释得到含纳米氧化锌的培养液。
按上述方案，所述含纳米氧化锌的培养液中纳米氧化锌的浓度为100～400mg/L。
按上述方案，所述培养液为霍格兰营养液，霍格兰营养液与含纳米氧化锌的培养液体积比为1：100～200。
按上述方案，步骤1)所述烘干条件为：在60～100℃下烘12～36h。
按上述方案，步骤1)粉碎后凤眼莲粒径小于1mm。
按上述方案，步骤2)中煅烧温度为550～600℃，煅烧时间为2～3h。
按上述方案，步骤2)中后处理为：研磨，洗涤至pH值为中性，再干燥、过筛。
按上述方案，步骤2)所述干燥条件为：105℃下烘12h。
按上述方案，步骤2)过筛为过80目筛。
本发明还包括根据上述方法制备得到的光催化生物炭复合材料，复合材料中纳米氧化锌的载量为16.71～90.16mg/g。
本发明还包括上述光催化生物炭复合材料在光催化降解有机污染物方面的应用。
按上述方案，所述的有机污染物为四环素。
本发明还包括上述利用凤眼莲累积纳米氧化锌制备光催化生物炭复合材料的方法在去除水体中纳米材料污染物方面的应用。
本发明的有益效果在于：
1)本发明以凤眼莲为生物炭来源，凤眼莲作为外来物种近年来在许多富营养化水域泛滥成灾，本发明为变废为宝，实现了凤眼莲的资源化利用；
2)本发明利用凤眼莲自然吸附水溶液中的纳米氧化锌，省去了复杂的人工负载方式，纳米氧化锌进入植株体内后会在凤眼莲体内进行有效分散，并且和植株的细胞壁、细胞液、液泡等结合，且纳米氧化锌与植物细胞壁、韧皮部、木质部等内部结构紧密结合，也可与植物体中的糖类、蛋白质相结合，实现了纳米氧化锌在凤眼莲植物体内的有效附着，避免氧化锌煅烧团聚失活问题，最终在高温限氧条件下，吸附了纳米氧化锌的凤眼莲植物转化为了具备光催化效应的生物炭复合材料，纳米氧化锌与生物炭基质结合更为紧密，且纳米氧化锌粒径得以保持，并在生物炭表面分散均匀；
3)本发明方法能够适当降低纳米氧化锌半导体的禁带宽度，使得材料更容易被紫外灯激发，提高其光催化效应；
4)本发明的生物炭复合材料进行吸附去除水体中纳米材料污染物后，可烧制成生物炭材料，继续回收利用，降低纳米材料对水体环境产生的危害性。
附图说明
图1为本发明实施例3所得光催化生物炭复合材料的SEM图；
图2为凤眼莲分别在实施例3培养液、对比例3培养液及对比例4培养液中生长15天后的照片；
图3为实施例1-3所得光催化生物炭复合材料与纳米氧化锌的半导体禁带宽度图；
图4为实施例1-4所得光催化生物炭复合材料与对比例4所制备的生物炭材料对四环素的降解率曲线图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
本发明实施例所用纳米氧化锌的粒径为20-40nm。
实施例1
一种利用凤眼莲累积纳米氧化锌制备光催化生物炭复合材料的方法，具体步骤如下：
(1)取生长在自然湖泊中鲜重为20～30g且长势一致的凤眼莲，用蒸馏水洗净后备用，配制霍格兰营养液和纳米氧化锌溶液(用超声破碎机破碎1h)，将5mL营养液与超声破碎1h后的纳米氧化锌溶液混合，加蒸馏水配成1L培养液(其中纳米氧化锌浓度为100mg/L)，将凤眼莲置于培养液中并在实验室条件下培养，实验室条件为白天光照12h，光照强度为12000Lux，晚上置于黑暗处12h，昼夜温度分别为24℃和22℃；
(2)待凤眼莲培养15天后取出凤眼莲洗净，在105℃温度下烘12h，粉碎至粒径小于1mm备用；
(3)将粉碎后的凤眼莲置于氮气条件下，以12℃/min的速率升温至600℃，保温2h后冷却至室温，取出烧制得到的凤眼莲生物炭进行研磨；
(4)将磨碎后的生物炭洗涤至pH值为中性，干燥，过80目筛后得累积纳米氧化锌的光催化生物炭复合材料。
对比例1
采用与实施例1相似的方法制备光催化生物炭复合材料，不同之处在于，以等质量的氯化锌替代纳米氧化锌配制培养液，培养液中氯化锌浓度为100mg/L。
实施例2
一种利用凤眼莲累积纳米氧化锌制备光催化生物炭复合材料的方法，具体步骤如下：
(1)取生长在自然湖泊中鲜重为20～30g且长势一致的凤眼莲，用蒸馏水洗净后备用，配制霍格兰营养液和纳米氧化锌溶液(用超声破碎机破碎1h)，将5mL营养液与超声破碎1h后的纳米氧化锌溶液混合，加蒸馏水配成1L培养液(其中纳米氧化锌浓度为200mg/L)，将凤眼莲置于培养液中并在实验室条件下培养，实验室条件为白天光照12h，光照强度为12000Lux，晚上置于黑暗处12h，昼夜温度分别为24℃和22℃；
(2)待凤眼莲培养15天后取出凤眼莲洗净，在105℃温度下烘12h，粉碎至粒径小于1mm备用；
(3)将粉碎后的凤眼莲置于氮气条件下，以12℃/min的速率升温至600℃，保温2h后冷却至室温，取出烧制得到的凤眼莲生物炭进行研磨；
(4)将磨碎后的生物炭洗涤至pH值为中性，干燥，过80目筛后得累积纳米氧化锌的光催化生物炭复合材料。
对比例2
采用与实施例2相似的方法制备光催化生物炭复合材料，不同之处在于，以等质量的氯化锌替代纳米氧化锌配制培养液，培养液中氯化锌浓度为200mg/L。
实施例3
一种利用凤眼莲累积纳米氧化锌制备光催化生物炭复合材料的方法，具体步骤如下：
(1)取生长在自然湖泊中鲜重为20～30g且长势一致的凤眼莲，用蒸馏水洗净后备用，配制霍格兰营养液和纳米氧化锌溶液(用超声破碎机破碎1h)，将5mL营养液与超声破碎1h后的纳米氧化锌溶液混合，加蒸馏水配成1L培养液(其中纳米氧化锌浓度为400mg/L)，将凤眼莲置于培养液中并在实验室条件下培养，实验室条件为白天光照12h，光照强度为12000Lux，晚上置于黑暗处12h，昼夜温度分别为24℃和22℃；
(2)待凤眼莲培养15天后取出凤眼莲洗净，在105℃温度下烘12h，粉碎至粒径小于1mm备用；
(3)将粉碎后的凤眼莲置于氮气条件下，以12℃/min的速率升温至600℃，保温2h后冷却至室温，取出烧制得到的凤眼莲生物炭进行研磨；
(4)将磨碎后的生物炭洗涤至pH值为中性，干燥，过80目筛后得累积纳米氧化锌的光催化生物炭复合材料。
如图1所示为对本实施例所得光催化生物炭复合材料进行扫描电镜观察得到的SEM图，放大倍数为5000，可观察到纳米氧化锌在生物炭材料表面均匀分散，无团聚现象。
对比例3
采用与实施例3相似的方法制备光催化生物炭复合材料，不同之处在于，以等质量的氯化锌替代纳米氧化锌配制培养液，培养液中氯化锌浓度为400mg/L。
对比例4
一种利用凤眼莲制备光催化生物炭材料的方法，包括以下步骤：
(1)取生长在自然湖泊中鲜重为20～30g且长势一致的凤眼莲，用蒸馏水洗净后备用，配置霍格兰营养液，将5mL营养液与蒸馏水配成1L溶液，将凤眼莲置于含营养液的溶液中并在实验室条件下培养，实验室条件为白天光照12h，光照强度为12000Lux，黑暗12h，昼夜温度分别为24℃和22℃；
(2)15天后取出培养完成的凤眼莲后洗净，在105℃温度下烘12h，粉碎至粒径小于1mm，备用；
(3)将粉碎后的凤眼莲置于氮气条件下，以12℃/min的速率升温至600℃后保持2h，冷却至室温，取出烧制完成的凤眼莲生物炭进行研磨；
(4)将磨碎后的生物炭洗涤至pH值为中性，干燥，过80目筛后得凤眼莲生物炭材料。
将相同长势的凤眼莲分别培养在实施例3(400NPs)和对比例3(400Zn2+)的培养液中，并以培养在对比例4不含氧化锌或锌离子、仅含营养液的溶液中的凤眼莲为空白对照(0)，生长15天后的照片如图2所示，可以看到凤眼莲在实施例3培养液中生长15天后，叶片出现叶片发黄现象，而在对比例3的培养液中生长15天后凤眼莲植株全部枯黄，完全死亡。
由于无法直接对所得生物炭中纳米氧化锌进行定量测试，将实施例1-3所制备的累积纳米氧化锌凤眼莲生物炭复合材料与对比例1-4所得凤眼莲生物炭材料进行ICP-OES测试，以此来大致表示其中纳米氧化锌的含量，结果如表1所示。
表1实施例1-3及对比例1所得生物炭材料中的锌含量
从表1可看出，采用相同浓度的纳米氧化锌与氯化锌溶液进行培养，所得生物炭材料中锌含量差别较大。总体来看凤眼莲植物对纳米氧化锌吸收效果更好，所得生物炭材料锌含量也更高，原因可能为锌离子比纳米氧化锌对植物产生的毒性更大，尤其是对植物的根部，这种毒害作用不利于植株根部对锌离子的吸附，也不利于锌离子在植物体内的转移与运输。
为直观考察本发明实施例制备的累积纳米氧化锌凤眼莲生物炭复合材料的光催化性能，对实施例1-3所得光催化生物炭复合材料与纳米氧化锌材料进行紫外可见漫反射测试，利用Tauc plot法对所得数据进行处理，所得半导体禁带宽度图如图3所示。从图3可知，通过凤眼莲对纳米氧化锌进行自然吸附再煅烧的方法可有效降低纳米氧化锌的禁带宽度，实施例1-3所得光催化生物炭复合材料中纳米氧化锌的禁带宽度由原始的3.17eV分别降低为3.15、3.02、3.08eV，并且由实施例2所得纳米氧化锌复合材料的禁带宽度最低。禁带宽度降低有利于光催化材料被激发，发挥其光催化效应。结合表1所得结果，采用200mg/L的纳米氧化锌进行植株培养更有利于植株对纳米氧化锌的吸附以及提高纳米氧化锌材料的光催化效应。
实施例4
将凤眼莲置于实施例2培养液中持续培养，当培养时间为45天时，凤眼莲植株的茎与叶全部呈黄黑色，植株坏死，无法再进行纳米氧化锌的吸附，此时制备得到的生物炭材料纳米氧化锌的相对含量为90.16mg/g。
为考察本发明实施例制备的累积纳米氧化锌凤眼莲生物炭复合材料对污染物的降解效果，进行了四环素降解试验，具体操作如下：分别取0.2g实施例1-4及对比例4制备的生物炭材料投入1L浓度为50mg/L的四环素溶液中，用0.1mol/L氢氧化钠调节pH值＝7，再放入磁力搅拌器，保持转速为200rpm，在避光条件下吸附30min后在30W紫外灯下照射4.5h，对四环素的降解效果如图4所示。由图4可知，当配制培养液的纳米氧化锌溶液浓度由100mg/L增至200mg/L时，四环素的降解率也随之增加。在30W紫外灯下照射4.5h后实施例2生物炭材料催化降解率达65.79％(纳米氧化锌溶液200mg/L时)，但当纳米氧化锌浓度增加到400mg/L时，所得光催化生物炭复合材料对四环素的降解率反而下降。实施例4生物炭材料对四环素的降解效果最好，5h的降解率为85.13％。
上文中已经对本发明和具体实施例进行了详尽的描述，但在不偏离本发明的精神基础上的修改和改进，均属本发明的保护围。
Claims (10)
1.一种利用凤眼莲累积纳米氧化锌制备光催化生物炭复合材料的方法，其特征在于，具体步骤如下：
1)取生长在自然湖泊中的凤眼莲，用蒸馏水洗净后置于含纳米氧化锌的培养液中培养，培养15～45天后取出凤眼莲洗净，再经烘干、粉碎备用；
2)将粉碎后的凤眼莲在惰性气氛下煅烧，冷却后处理得到纳米氧化锌-生物炭光催化复合材料。
2.根据权利要求1所述的利用凤眼莲累积纳米氧化锌制备光催化生物炭复合材料的方法，其特征在于，步骤1)所述凤眼莲单株鲜重20～30g。
3.根据权利要求1所述的利用凤眼莲累积纳米氧化锌制备光催化生物炭复合材料的方法，其特征在于，步骤1)所述含纳米氧化锌的培养液的配制方法为：将纳米氧化锌加入水中，超声分散均匀得到纳米氧化锌溶液，将所得纳米氧化锌溶液与营养液混合，加蒸馏水稀释得到含纳米氧化锌的培养液；所述纳米氧化锌粒径为20～40nm。
4.根据权利要求3所述的利用凤眼莲累积纳米氧化锌制备光催化生物炭复合材料的方法，其特征在于，所述含纳米氧化锌的培养液中纳米氧化锌的浓度为100～400mg/L；所述培养液为霍格兰营养液，霍格兰营养液与含纳米氧化锌的培养液体积比为1：100～200。
5.根据权利要求1所述的利用凤眼莲累积纳米氧化锌制备光催化生物炭复合材料的方法，其特征在于，步骤2)中煅烧温度为550～600℃，煅烧时间为2～3h。
6.根据权利要求1所述的利用凤眼莲累积纳米氧化锌制备光催化生物炭复合材料的方法，其特征在于，步骤2)中后处理为：研磨，洗涤至pH值为中性，再干燥、过筛；步骤2)所述干燥条件为：105℃下烘12h；步骤2)过筛为过80目筛。
7.一种根据权利要求1-6任一所述方法制备得到的光催化生物炭复合材料，其特征在于，复合材料中纳米氧化锌的载量为16.71～90.16mg/g。
8.一种权利要求7所述的光催化生物炭复合材料在光催化降解有机污染物方面的应用。
9.根据权利要求8所述的光催化生物炭复合材料在光催化降解有机污染物方面的应用，其特征在于，所述的有机污染物为四环素。
10.一种权利要求1-6所述的利用凤眼莲累积纳米氧化锌制备光催化生物炭复合材料的方法在去除水体中纳米材料污染物方面的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910700898.6A CN110433789B (zh) | 2019-07-31 | 2019-07-31 | 一种利用凤眼莲累积纳米氧化锌制备光催化生物炭复合材料的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910700898.6A CN110433789B (zh) | 2019-07-31 | 2019-07-31 | 一种利用凤眼莲累积纳米氧化锌制备光催化生物炭复合材料的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110433789A true CN110433789A (zh) | 2019-11-12 |
| CN110433789B CN110433789B (zh) | 2022-10-04 |
Family
ID=68432500
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910700898.6A Active CN110433789B (zh) | 2019-07-31 | 2019-07-31 | 一种利用凤眼莲累积纳米氧化锌制备光催化生物炭复合材料的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110433789B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111266084A (zh) * | 2020-01-08 | 2020-06-12 | 江苏大学 | 多孔性水生植物基生物质炭材料及其应用 |
| CN112403456A (zh) * | 2020-11-23 | 2021-02-26 | 泉州师范学院 | 一种ZnO/C纳米复合材料的合成及其在光催化抗菌中的应用 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20130025475A (ko) * | 2011-09-02 | 2013-03-12 | 강릉원주대학교산학협력단 | 광촉매 분리막 및 그 제조 방법 |
| WO2013126477A1 (en) * | 2012-02-22 | 2013-08-29 | University Of Florida Research Foundation, Inc. | Biochar/metal composites, methods of making biochar/metal composites, and methods of removing contaminants from water |
| CN106675597A (zh) * | 2016-12-07 | 2017-05-17 | 广东工业大学 | 一种水葫芦‑氧化镁复合生物炭的制备方法及应用 |
| CN109675564A (zh) * | 2019-01-17 | 2019-04-26 | 三峡大学 | 水葫芦铁生物炭的制备方法及其应用 |
| CN109794262A (zh) * | 2019-01-31 | 2019-05-24 | 福建农林大学 | 一种利用镉超富集植物制备光催化材料的方法及应用 |
| CN109847750A (zh) * | 2019-01-17 | 2019-06-07 | 三峡大学 | 香蒲根富集铁元素的生物炭的制备方法及其应用 |
| CN109850887A (zh) * | 2019-01-17 | 2019-06-07 | 三峡大学 | 蜈蚣草富集铜元素的生物炭的制备方法及其应用 |
-
2019
- 2019-07-31 CN CN201910700898.6A patent/CN110433789B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20130025475A (ko) * | 2011-09-02 | 2013-03-12 | 강릉원주대학교산학협력단 | 광촉매 분리막 및 그 제조 방법 |
| WO2013126477A1 (en) * | 2012-02-22 | 2013-08-29 | University Of Florida Research Foundation, Inc. | Biochar/metal composites, methods of making biochar/metal composites, and methods of removing contaminants from water |
| CN106675597A (zh) * | 2016-12-07 | 2017-05-17 | 广东工业大学 | 一种水葫芦‑氧化镁复合生物炭的制备方法及应用 |
| CN109675564A (zh) * | 2019-01-17 | 2019-04-26 | 三峡大学 | 水葫芦铁生物炭的制备方法及其应用 |
| CN109847750A (zh) * | 2019-01-17 | 2019-06-07 | 三峡大学 | 香蒲根富集铁元素的生物炭的制备方法及其应用 |
| CN109850887A (zh) * | 2019-01-17 | 2019-06-07 | 三峡大学 | 蜈蚣草富集铜元素的生物炭的制备方法及其应用 |
| CN109794262A (zh) * | 2019-01-31 | 2019-05-24 | 福建农林大学 | 一种利用镉超富集植物制备光催化材料的方法及应用 |
Non-Patent Citations (7)
| Title |
|---|
| DAOHUI LIN ET AL.: "Root Uptake and Phytotoxicity of ZnO Nanoparticles", 《ENVIRONMENTAL SCIENCE & TECHNOLOGY》 * |
| JIAN ZHAO ET AL.: "Uptake, Distribution, and Transformation of CuO NPs in a Floating Plant Eichhornia crassipes and Related Stomatal Responses", 《ENVIRONMENTAL SCIENCE & TECHNOLOGY》 * |
| JIANGDONG YU ET AL.,: "Enhanced removal of Cr(VI) from aqueous solution by supported ZnO nanoparticles on biochar derived from waste water hyacinth", 《CHEMOSPHERE》 * |
| 刘丽娇: "CuO ENPs对凤眼莲的影响：生长抑制、吸收分布和存在形态", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 (工程科技Ⅰ辑)》 * |
| 梁吉艳，崔丽，王新主编: "《环境工程学》", 31 October 2014, 中国建材工业出版社 * |
| 王宁: "纳米氧化锌对湿地植物的胁迫效应", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 (基础科学辑)》 * |
| 王宁等: "水环境中纳米氧化锌的环境行为及生物毒性研究进展", 《环境化学》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111266084A (zh) * | 2020-01-08 | 2020-06-12 | 江苏大学 | 多孔性水生植物基生物质炭材料及其应用 |
| CN112403456A (zh) * | 2020-11-23 | 2021-02-26 | 泉州师范学院 | 一种ZnO/C纳米复合材料的合成及其在光催化抗菌中的应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110433789B (zh) | 2022-10-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110282758A (zh) | 一种利用复合微生物制剂处理高盐废水cod的方法及复合微生物制剂 | |
| CN107262133A (zh) | 一种基于单分散单质铋和氮化碳的光催化剂的制备办法 | |
| CN111701613B (zh) | 纳米氧化铜/氮化碳复合材料在水华控制中的应用 | |
| CN110237818A (zh) | 一种氮硫共掺杂生物炭的制备方法和应用 | |
| CN106111060B (zh) | 一种改性生物炭复合材料及其制备和应用 | |
| CN109179554A (zh) | 利用二氧化锰负载生物炭材料去除水体中强力霉素的方法 | |
| CN110433789A (zh) | 一种利用凤眼莲累积纳米氧化锌制备光催化生物炭复合材料的方法 | |
| CN107649117B (zh) | 一种钼酸铋/凹凸棒土复合可见光催化材料及其制备方法、应用 | |
| CN105080526A (zh) | 一种生物模板制备的室内光催化降解甲醛的二氧化钛-硅藻泥复合材料方法 | |
| CN112791699A (zh) | 一种ZrO2/煤沥青基复合活性炭球的制备方法 | |
| CN108636395A (zh) | 一种弱可见光响应的复合光催化剂及其制备和应用 | |
| CN109110863A (zh) | 利用化学活化/微波消解活化生物炭材料去除水体中强力霉素的方法 | |
| CN108911008A (zh) | 去除水体中铜和四环素的方法 | |
| CN114570406A (zh) | 一种用于有机污水修复的氮化碳复合光催化材料及其制备方法 | |
| CN108479772A (zh) | 金掺杂纳米氧化锌复合材料及其制备方法与在光催化降解四环素中的应用 | |
| CN110241111A (zh) | 一种改性活性炭固定化细胞增强细菌铬还原能力的方法 | |
| CN106903151A (zh) | 利用秸秆实现堆肥化修复污染土壤的方法 | |
| CN105668805B (zh) | 利用生物质-微生物协同去除废水中镉的方法 | |
| CN111266084A (zh) | 多孔性水生植物基生物质炭材料及其应用 | |
| CN114671531A (zh) | 一种畜牧养殖污水净化剂及其制备方法 | |
| CN111437796B (zh) | 具有氨氮、总磷去除效果的改性水凝胶材料及其制备方法和应用 | |
| CN112473733A (zh) | Mo-Eu共掺杂二氧化钛/磷酸铝分子筛复合光催化剂及其应用 | |
| CN113617344B (zh) | 一种用于污水处理的单原子光催化板及其制备方法 | |
| CN1586202A (zh) | 一种复合型无机抗菌剂的制备方法 | |
| CN113321255B (zh) | 一种锰氧化物—生物炭复合太阳能界面蒸发材料的制备方法与应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |