一种基于玉米秸秆模板法制备金属氧化物多孔材料的方法 |
|||||||
| 申请号 | CN201610038582.1 | 申请日 | 2016-01-13 | 公开(公告)号 | CN105753036A | 公开(公告)日 | 2016-07-13 |
| 申请人 | 吉林大学; | 发明人 | 董招君; 张晓敏; 冯威; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开一种基于玉米秸秆模板法制备金属 氧 化物多孔材料的方法，所述方法包括：a)、预处理：将玉米秸秆去皮切薄片，干燥，将干燥后的秸秆用5％的稀 氨 水 进行预处理；b)、浸渍和干燥：将经过预处理的秸秆浸渍于金属盐溶液中24小时，洗净，在60℃的 温度 下干燥；浸渍和干燥重复进行两次；c)、 焙烧 ：将步骤b)中得到的样品进行焙烧得到秸秆分级结构的金属氧化物样品。本发明首次利用玉米秸秆作为 生物 模板，通过简单的浸渍 煅烧 等过程合成了具有玉米秸秆结构的金属氧化物多孔材料，为金属氧化物多孔材料的合成提供了一条简便经济的新方法，该制备方法不仅简便易操作，适用于现代工业的大批量生产加工。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种基于玉米秸秆模板法制备金属氧化物多孔材料的方法，其特征在于，所述方法包括： |
||||||
| 说明书全文 | 一种基于玉米秸秆模板法制备金属氧化物多孔材料的方法技术领域[0001] 本发明涉及多孔材料的制备技术领域，尤其涉及一种基于玉米秸秆模板法制备金属氧化物多孔材料的方法。 背景技术[0002] 随着经济和科技水平的不断提高，人们对生活环境质量和生产安全也逐渐有了更高的要求。人们在生活中不可避免要接触到易燃、易爆、有毒的危险品，更可怕的是这种危险品往往因为无臭无味而不易察觉，如一氧化碳、甲烷等。在实验室和生产线也往往存在安全隐患，如氢气、硫化氢及一些易挥发的化合物。这些气体一旦泄露容易对人们的生产和生活带来灾难性的伤害，因此及时发现和处理可以有效避免事故的发生。气敏传感器可以方便快捷的对气体的特定成分进行检测，并以电信号的方式传输出来。目前，气敏传感器已经广泛应用在人们的日常生活、环境检测、安全生产等领域，例如检测室内烟雾浓度、检测大气质量、燃气检测、实时监测窑炉内燃烧气氛等，其中应用最多的是半导体气体传感器，具有测量范围广、灵敏度高、响应恢复时间短、性能稳定、制备简便、价格低廉等优点，主要可用来检测可燃性气体、有毒气体、呼出气体中的乙醇及丙酮、氢气以及人体口腔口臭等。半导体气体传感器通常采用金属氧化物材料做元件，传感器的信号由材料的半导体性质所决定。随着现代工业的发展，以及人们环保意识的提高，人们对大气监测传感器、气体传感器提出了更高的要求。由于气体传感器的核心部分是气敏材料，所以对气敏材料的研究就显得尤为重要。 [0003] 自从20世纪50年代起，人们发现当气体吸附在某些半导体材料表面时会极大地改变半导体的电阻率，这些半导体材料通常作为气敏材料来使用。经过几十年的发展，已经开发出一大批较为成熟的敏感材料，常用的有SnO2，TiO2，ZnO，Fe2O3、NiO及In2O3等。 [0004] 目前，金属氧化物多孔材料的合成方法主要包括沉淀法、溶胶凝胶法、固相合成法、水热(溶剂热)法等以及近年来开发的生物模板法。生物模板法是利用具备特定结构的生物大分子或组织为模板，利用生物自组装，通过物理、化学等方法合成新的纳米材料的方法。例如，CN103736442A公开了一种生物模板法制备多孔氧化铝复合材料的方法，使用不同的生物制备氧化铝。近年来，科学研究者所选择的模板生物体范围广泛，几乎涵盖了整个生物系统，包括植物模板比如树叶、木材、花粉、棉花、高粱秸秆、稻壳、竹子等，动物模板比如昆虫复眼、蝴蝶翅膀、蛋膜等，微生物模板比如细菌、酵母菌、硅藻等以及生物大分子如DNA等。许多生物模板，如微生物、动物等，虽然结构精巧，但资源有限、转化工艺复杂，而且很难实现大量制备。 发明内容[0005] 本发明的目的是提供一种基于玉米秸秆模板法制备金属氧化物多孔材料的方法，玉米秸秆作为生物模板具有以下优势：数量大、可再生、成本低，并且大量制备的可操作性很强。 [0006] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的： [0007] 一种基于玉米秸秆模板法制备金属氧化物多孔材料的方法，所述方法包括： [0008] a)、预处理：将玉米秸秆去皮切薄片，干燥，将干燥后的秸秆用5％的稀氨水进行预处理； [0009] b)、浸渍和干燥：将经过预处理的秸秆浸渍于金属盐溶液中24小时，洗净，在60℃的温度下干燥；浸渍和干燥重复进行两次； [0010] c)、焙烧：将步骤b)中得到的样品进行焙烧得到秸秆分级结构的金属氧化物样品。 [0011] 优选的，步骤b)中的金属盐溶液由：将金属盐固体溶于水中配制成金属盐的水或乙醇溶液的方法制备。 [0012] 优选的，步骤b)中的金属盐溶液由，将17.85克Zn(NO3)2·6H2O溶于200毫升的去离子水中，配制成0.3mol/L的Zn(NO3)2溶液作为金属盐溶液； [0013] 步骤b)浸渍和干燥中，将重量为1克进过预处理的秸秆浸渍于Zn(NO3)2金属盐溶液中24小时，然后用去离子水洗净，并于60℃烘箱中干燥；浸渍和干燥重复进行两次； [0014] 步骤c)焙烧中，将步骤b)中得到的样品在管式炉中以550℃的温度焙烧4小时，其中管式炉的升温速率为2℃/min，得到秸秆分级结构的ZnO样品。 [0015] 优选的，步骤b)中的金属盐溶液由，将11.63克Ni(NO3)2·6H2O溶于200毫升的去离子水中，配制成0.2mol/L的Ni(NO3)2溶液作为作为金属盐溶液； [0016] 步骤b)浸渍和干燥中，将重量为1克进过预处理的秸秆浸渍于Ni(NO3)2金属盐溶液中24小时，然后用去离子水洗净，并于60℃烘箱中干燥；浸渍和干燥重复进行两次； [0017] 步骤c)焙烧中，将步骤b)中得到的样品在管式炉中以550℃的温度焙烧4小时，其中管式炉的升温速率为2℃/min，得到秸秆分级结构的NiO样品。 [0018] 优选的，步骤b)中的金属盐溶液由，将8.08克Fe(NO3)3·9H2O溶于200毫升的去离子水中，配制成0.1mol/L的Fe(NO3)3溶液作为金属盐溶液； [0019] 步骤b)浸渍和干燥中，将重量为1克秸秆浸渍于Fe(NO3)3溶液中24小时，然后用去离子水洗净，并于60℃烘箱中干燥；浸渍和干燥重复进行两次； [0020] 步骤c)焙烧中，将步骤b)中得到的样品在管式炉中以550℃的温度焙烧4小时，其中管式炉的升温速率为2℃/min，得到秸秆分级结构的Fe2O3样品。 [0021] 优选的，步骤b)中的金属盐溶液由，将2.93克InCl3·4H2O溶于100毫升的去离子水中，配制成0.1mol/L的InCl3溶液作为金属盐溶液； [0022] 步骤b)浸渍和干燥中，将重量为1克秸秆浸渍于InCl3溶液中24小时，然后用去离子水洗净，并于60℃烘箱中干燥；浸渍和干燥重复进行两次； [0023] 步骤c)焙烧中，将步骤b)中得到的样品在管式炉中以550℃的温度焙烧4小时，其中管式炉的升温速率为2℃/min，得到秸秆分级结构的In2O3样品。 [0024] 优选的，步骤b)中的金属盐溶液由，将14.02克SnCl4·5H2O溶于200毫升无水乙醇中，配制成0.2mol/L的SnCl4溶液作为金属盐溶液； [0025] 步骤b)浸渍和干燥中，将重量为1克秸秆浸渍于SnCl4溶液中24小时，然后用乙醇洗净，并于60℃烘箱中干燥，浸渍和干燥重复进行两次； [0026] 步骤c)焙烧中，将步骤b)中得到的样品在管式炉中以600℃高温焙烧4h小时，其中管式炉的升温速率为2℃/min，得到秸秆分级结构的SnO2样品。 [0027] 优选的，步骤a)预处理中：将收集到的玉米秸秆去皮切成2毫米厚的薄片。 [0028] 本发明首次利用玉米秸秆作为生物模板，通过简单的浸渍煅烧等过程合成了具有玉米秸秆结构的金属氧化物多孔材料，为金属氧化物多孔材料的合成提供了一条简便经济的新方法，该制备方法不仅简便易操作，适用于现代工业的大批量生产加工，而且可以将玉米秸秆充分利用，由于玉米属一年生草本植物，在当季种植完毕后，玉米的秸秆就可以进行收割，玉米的生长也不再需要使用到玉米秸秆，使用玉米秸秆作为生物模板，不仅可以将玉米秸秆进行再利用，而且环保经济，避免了将玉米秸秆进行焚烧所带来的污染，是一种可以大规模使用的金属氧化物制造方法。 具体实施方式[0029] 实施例一 [0030] 本实施例中公开的一种基于玉米秸秆模板法制备金属氧化物多孔材料的方法，所述方法包括： [0031] a)、预处理：将玉米秸秆去皮切薄片，干燥，将干燥后的秸秆用5％的稀氨水进行预处理； [0032] b)、浸渍和干燥：将经过预处理的秸秆浸渍于金属盐溶液中24小时，洗净，在60℃的温度下干燥；浸渍和干燥重复进行两次； [0033] c)、焙烧：将步骤b)中得到的样品进行焙烧得到秸秆分级结构的金属氧化物样品。 [0034] 本实施例中利用玉米秸秆作为生物模板，通过简单的浸渍煅烧等过程合成了具有玉米秸秆结构的金属氧化物多孔材料，为金属氧化物多孔材料的合成提供了一条简便经济的新方法，该制备方法不仅简便易操作，适用于现代工业的大批量生产加工，而且可以将玉米秸秆充分利用，由于玉米属一年生草本植物，在当季种植完毕后，玉米的秸秆就可以进行收割，玉米的生长也不再需要使用到玉米秸秆，使用玉米秸秆作为生物模板，不仅可以将玉米秸秆进行再利用，而且环保经济，避免了将玉米秸秆进行焚烧所带来的污染，是一种可以大规模使用的金属氧化物制造方法。采用本方法生产的金属氧化物易于使用，方便进行工业使用，能够大规模从生产。 [0036] 步骤b)中的金属盐溶液由：将金属盐固体溶于水中配制成金属盐的水或乙醇溶液的方法制备。步骤c)中的到的金属氧化物与步骤b)中的金属盐溶液中的溶质是一致的，即得到的金属氧化物即为金属盐溶液的溶质。步骤b)中的洗净可由蒸馏水洗净，使用去离子水更佳，或者使用无水乙醇进行洗净。如果使用蒸馏水洗净，则金属盐溶液的配置由金属盐固体溶于去离子水中制成；如果使用无水乙醇洗净，则金属盐溶液的配置由金属盐固体溶于无水乙醇中制成。 [0037] 另外，步骤a)预处理中：将收集到的玉米秸秆去皮切成2毫米厚的薄片。如此可让玉米秸秆充分与金属盐溶液接触。当然，玉米秸秆的切片厚度不一定要切为2毫米，切为其他的厚度也可以，例如1毫米，3毫米，2.5毫米，1.5毫米等等。 [0038] 实施例二 [0039] 本实施例中，公开的一种基于玉米秸秆模板法制备金属氧化物多孔材料的方法，具体为制备ZnO的方法，所述方法包括： [0040] a)、预处理：将收集到的玉米秸秆去皮切成2毫米厚的薄片，干燥，将干燥后的秸秆用5％的稀氨水进行抽提预处理； [0041] b)、浸渍和干燥：将重量为1克进过预处理的秸秆浸渍于Zn(NO3)2金属盐溶液中24小时，然后用去离子水洗净，并于60℃烘箱中干燥；浸渍和干燥重复进行两次；其中，将17.85克Zn(NO3)2·6H2O溶于200毫升的去离子水中，配制成0.3mol/L的Zn(NO3)2溶液作为金属盐溶液； [0042] c)、焙烧，将步骤b)中得到的样品在管式炉中以550℃的温度焙烧4小时，其中管式炉的升温速率为2℃/min，得到秸秆分级结构的ZnO样品。 [0043] 实施例三 [0044] 本实施例中，公开的一种基于玉米秸秆模板法制备金属氧化物多孔材料的方法，具体为制备NiO的方法，所述方法包括： [0045] a)、预处理：将收集到的玉米秸秆去皮切成2毫米厚的薄片，干燥，将干燥后的秸秆用5％的稀氨水进行抽提预处理； [0046] b)、浸渍和干燥：将重量为l克进过预处理的秸秆浸渍于Ni(NO3)2金属盐溶液中24小时，然后用去离子水洗净，并于60℃烘箱中干燥；浸渍和干燥重复进行两次；其中，将11.63克Ni(NO3)2·6H2O溶于200毫升的去离子水中，配制成0.2mol/L的Ni(NO3)2溶液作为金属盐溶液； [0047] c)、焙烧：将步骤b)中得到的样品在管式炉中以550℃的温度焙烧4小时，其中管式炉的升温速率为2℃/min，得到秸秆分级结构的NiO样品。 [0048] 实施例四 [0049] 本实施例中，公开的一种基于玉米秸秆模板法制备金属氧化物多孔材料的方法，具体为制备Fe2O3的方法，所述方法包括： [0050] a)、预处理：将收集到的玉米秸秆去皮切成2毫米厚的薄片，干燥，将干燥后的秸秆用5％的稀氨水进行抽提预处理； [0051] b)、浸渍和干燥：将重量为1克秸秆浸渍于Fe(NO3)3溶液中24小时，然后用去离子水洗净，并于60℃烘箱中干燥；浸渍和干燥重复进行两次；其中，将8.08克Fe(NO3)3·9H2O溶于200毫升的去离子水中，配制成0.1mol/L的Fe(NO3)3溶液作为金属盐溶液； [0052] c)、焙烧：将步骤b)中得到的样品在管式炉中以550℃的温度焙烧4小时，其中管式炉的升温速率为2℃/min，得到秸秆分级结构的Fe2O3样品。 [0053] 实施例五 [0054] 本实施例中，公开的一种基于玉米秸秆模板法制备金属氧化物多孔材料的方法，具体为制备In2O3的方法，所述方法包括： [0055] a)、预处理：将收集到的玉米秸秆去皮切成2毫米厚的薄片，干燥，将干燥后的秸秆用5％的稀氨水进行抽提预处理； [0056] b)、浸渍和干燥：将重量为1克秸秆浸渍于InCl3溶液中24小时，然后用去离子水洗净，并于60℃烘箱中干燥；浸渍和干燥重复进行两次；其中，将2.93克InCl3·4H2O溶于100毫升的去离子水中，配制成0.1mol/L的InCl3溶液作为金属盐溶液； |
||||||
