一种光催化性能复合材料及制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种光催化性能复合材料，所述复合材料是施氏矿物

【技术实现步骤摘要】
一种光催化性能复合材料及制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及材料
，具体涉及一种光催化性能复合材料及制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着皮革、食品、纺织等工业的发展以及药物的滥用，有机物尤其是抗生素等持久性有机污染物在水环境中广泛存在。水生环境中抗生素的积累导致抗生素耐药菌(ARB)和抗生素耐药基因(ARGs)的产生，威胁公众健康。因此，抗生素作为新兴的有机微污染物引起了环境界研究人员的极大关注。
[0003]目前，已经开发出多种方法处理抗生素等有机污染物，包括吸附，化学氧化，电化学氧化，光催化氧化以及生物法等方法。吸附法通常只能从废水中分理出污染物，并不能将抗生素降解为小的分子产物；此外，很多吸附材料难以被回收。抗生素对微生物活性具有抑制作用，因此，生物法存在效率较低的劣势。而化学氧化、电化学氧化和光催化氧化等方法属于非破坏性方法，难以将有机物降解为毒性小的小分子相。因此，开发可持续可行的抗生素去除方法已成为一个重要问题。

技术实现思路

[0004]现有技术中有研究学者通过制备二氧化钛/施氏矿物复合催化剂对染料废水进行处理，虽然二氧化钛能提升施氏矿物的催化活性，但是依然存在二氧化钛和施氏矿物制备过程中发生团聚的现象，从而对废水治理过程中催化效率的提升并不显著。此外，由于催化剂的环境是在废水中，不同废水环境中的酸碱性差异较大，对于催化剂的结构稳定性也是挑战，如何形成稳定的结构，是发挥催化效果的前提。
[0005]本专利技术针对现有技术中的问题，公开了一种光催化性能复合材料，本专利技术的光催化性能复合材料具有优良的光生电子、空穴的性能和半导体性能；并且具有处理时间短，处理容量大，可再生能力强，无二次污染等优点。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0007]本专利技术提供的一种光催化性能复合材料，所述复合材料是施氏矿物
‑
二氧化钛负载生物炭(施氏矿物/二氧化钛@生物炭)，所述生物炭的表面负载了施氏矿物和二氧化钛，所述施氏矿物还连接二氧化钛。
[0008]本专利技术的上述设计，施氏矿物具有高活性羟基，从而具有较高的催化活性；二氧化钛与施氏矿物之间连接，二氧化钛的半导体性能，在光照下，二氧化钛能产生电子传递到施氏矿物上，能促进施氏矿物产生更多的羟基自由基，从而提高施氏矿物的催化活性；在此基础上，我们还进一步设计了生物炭，施氏矿物和二氧化钛负载在生物炭的表面，能促进施氏矿物和二氧化钛的均匀分散，从而提高施氏矿物和二氧化钛之间的配合效率的同时，还有利于增大复合材料的催化比表面积，从而有利于提高催化的效率。
[0009]作为进一步方案，所述复合材料的生物炭的来源包括酒糟、水稻、秸秆、木屑、废弃
蔬菜中的一种或多种。
[0010]作为更进一步方案，所述生物炭的来源包括酒糟。酒糟本身富含脂肪烃类物质，在制备生物炭过程中，酒糟中的脂肪类向芳香烃类缩聚，整个制备过程是芳香性增强和极性减弱的过程，更有利于生成表面更加粗糙的褶皱结构，使的二氧化钛和施氏矿物更加均匀分散负载于生物炭表面上，提高催化的比表面积的同时，形成稳定的生物炭表面负载二氧化钛和施氏矿物的结构。有利于在废水环境中稳定发挥的催化效果，从而提升复合材料的催化活性和催化效率。
[0011]本专利技术还提供了所述复合材料的制备方法，所述方法包括将酒糟中混入水合硫酸亚铁(FeSO4·
7H2O)，再加入H2O2，将施氏矿物负载于酒糟表面；再加入TiO2纳米颗粒进行混合，在30℃
‑
100℃下第一次加热处理，初步形成施氏矿物
‑
二氧化钛负载生物炭；在300℃
‑
1000℃下第二次加热处理，获得目标催化剂。本专利技术制备过程中，为了促进酒糟在生成生物炭过程中能与施氏矿物和二氧化钛形成的稳定的结构，本专利技术采用两步加热法，在第一次加热过程中，有利于各物质之间的初步连接和分散，为第二次加热过程形成稳定的结构做准备，在第二次加热过程中，酒糟的芳香性增强和极性减弱，形成粗糙的褶皱结构的同时，促进施氏矿物和二氧化钛的分散，然后稳定的负载于生物炭的表面。最终形成生物炭的表面负载了施氏矿物和二氧化钛，施氏矿物连接二氧化钛的稳定结构。
[0012]作为进一步方案，所述酒糟的制备方法包括，将酒糟在30℃
‑
80℃下干燥后，粉碎后进行粉碎获得40μm
‑
150μm的粉末。
[0013]作为进一步方案，所述水合硫酸亚铁的添加量为5g/100mL
‑
10g/100mL；所述酒糟的添加量为1g/100mL
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40g/100mL；所述H2O2(质量分数为30％的H2O2)的添加量为1mL/100mL
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4mL/100mL；所述TiO2纳米颗粒的添加量为0.1g/100mL
‑
0.5g/100mL。
[0014]作为进一步方案，所述第一次加热处理的结束为将混合的物质中的水分烘干时结束；所述第二次加热处理的环境为大气气氛下处理1h
‑
4h。
[0015]本专利技术还提供了所述复合材料在废液中的应用。
[0016]作为进一步方案，所述废液找那个包括偶氮燃料或抗生素。
[0017]作为进一步方案，所述应用的方法包括，将复合材料加入废液中，离心。
[0018]作为更进一步方案，所述废液的温度为20℃
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40℃，废液的pH为3
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11；所述离心的转速为150rpm
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200rpm，所述离心的时间为10min
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120min。
[0019]本专利技术的特点和有益效果为：
[0020](1)本专利技术获得的复合材料具有优良的结构效应，具有褶皱结构的生物炭表面均匀覆盖了施氏矿物和TiO2，其中施氏矿物还和TiO2结合紧密。
[0021](2)本专利技术的复合材料可以有效增强光电电子和空穴的电子传递效率，增大了催化剂的催化效率。
[0022](3)本专利技术的复合材料中施氏矿物和TiO2在生物炭表面分散均匀，且三者形成了稳定的连接结构，能在废液中发挥稳定的催化作用。具有处理时间短，处理的容量大的优点。
[0023](4)材料合成的前体物质酒糟来源于废弃生物质资源，FeSO4·
7H2O来源广泛，价格低廉，TiO2纳米颗粒价格低廉，因此本专利技术中的催化剂具有成本低、易推广、易操作的优势。
附图说明
[0024]图1为专利技术生物质、生物炭和复合材料表面光能团探究的傅里叶变换红外光谱图。
[0025]图2为本专利技术第二次加热处理前后的复合材料的SEM图，其中a代表第二次加热处理前的催化剂的SEM图，b代表第二次加热处理后的催化剂的SEM图。
[0026]图3为本专利技术不同添加量的复合材料处理有机污染物体系中磺胺二甲基嘧啶降解曲线。
[0027]图4为本专利技术不同添加量的复合材料处理有机污染物体系中罗本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光催化性能复合材料，其特征在于，所述复合材料是施氏矿物
‑
二氧化钛负载生物炭，所述生物炭的表面负载了施氏矿物和二氧化钛，所述施氏矿物还连接二氧化钛。2.根据权利要求1所述的一种光催化性能复合材料，其特征在于，所述复合材料的生物炭的来源包括酒糟、水稻、秸秆、木屑、废弃蔬菜中的一种或多种。3.根据权利要求2所述的一种光催化性能复合材料，其特征在于，所述生物炭的来源包括酒糟。4.权利要求1
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权利要求3任一项所述的复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括将酒糟中混入水合硫酸亚铁(FeSO4·
7H2O)，再加入H2O2，将施氏矿物负载于酒糟表面；再加入TiO2纳米颗粒进行混合，在30℃
‑
100℃下第一次加热处理，初步形成施氏矿物
‑
二氧化钛负载生物炭；在300℃
‑
1000℃下第二次加热处理，获得目标催化剂。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述酒糟的制备方法包括，将酒糟在30℃
‑
80℃下干燥后，粉碎后进行粉碎获得40μm
‑
150μm的粉末。6.根据权利要求4所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：方悦，朱振宇，朱文优，
申请(专利权)人：宜宾学院，
类型：发明
国别省市：