[發明專利]一種竹炭負載氧化鋅摻銅復合催化劑材料的制備及其應用

無效

• 申請號: 201310122285.1
• 申請日: 2013-04-10
• 公開（公告）號: CN103406123A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 張玲;劉軍;楊道武;吳道新;李丹;吉丹丹;任振興;左丹;莊玉琴;劉仕坤;白雪;陶鵬飛;柏東;陳詩宇
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: B01J23/80
• 分類號: B01J23/80;C02F1/32;C02F101/30
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技術領域

本發明涉及一種竹炭負載氧化鋅摻銅復合催化劑材料的制備及其應用。竹炭負載氧化鋅摻銅復合催化劑材料在紫外光作用下具有很好的光催化活性以降解工業污水中的多類有機物，屬于環境與化學工程領域。

背景技術

根據環境統計年報，2011年，全國工業廢水排放量230.9億噸，其中化學需氧量排放量高達354.8萬噸。傳統的廢水處理方法——物化法、化學法、物理吸附法、生化法、電化學法等——耗資大、運行費用高，受適用條件限制且處理效果不理想，難以滿足凈化處理難降解有機物在技術（氧化能力不強或有選擇性氧化）和經濟（設備復雜、成本較高）上的要求，處理難度日益加劇。

半導體/光催化氧化技術是近年來發展起來消除環境污染的一項新技術，能將有機物礦化或降解為CO₂和H₂O，不產生二次污染。吸附材料則可有效解決水體中污染物難聚集的問題，將光催化和吸附技術結合起來降解有機污染物逐漸成為污染物控制的研究熱點。

發明內容

本發明的目的在于提供一種經濟可靠、綠色環保、可重復使用處理有機污水的竹炭負載氧化鋅摻銅復合催化劑材料的制備方法。

技術方案

一種竹炭負載氧化鋅摻銅復合催化劑材料，其特征在于原料成分為：5份濃度為0.10~0.15mol/L的乙酸鋅溶液、5份濃度為0.20~0.30mol/L的檸檬酸溶液、1份濃度為0.005~0.010mol/L的硝酸銅溶液和預處理后的竹炭，所述份數為體積份。

一種制備權利要求1所述的竹炭負載氧化鋅摻銅復合催化劑材料的方法，其特征在于步驟如下：步驟①、將竹炭在蒸餾水中煮沸一段時間，冷卻，靜置分層，倒出上層溶液，重復上述操作3~4次，洗滌、抽濾，在105±2℃下烘干至恒重，待用；步驟②、將5份濃度為0.10~0.15mol/L的乙酸鋅、1份濃度為0.005~0.010mol/L的硝酸銅和10~15份蒸餾水的體積份配比加入到100mL的燒杯中攪拌均勻，制成A溶液，再往其中加入5~10g步驟①處理的竹炭，制成A溶液+竹炭；將5份濃度為0.20~0.30mol/L的檸檬酸和10~15份蒸餾水的體積份配比加入到100mL燒杯中攪拌均勻，制成B溶液；步驟③、將裝有A溶液+竹炭的燒杯放入集熱式磁力攪拌器中，設置溫度為80±5℃，保持一定速度攪拌，向其中緩慢滴加B溶液，滴加完成后繼續攪拌直至出現溶膠；步驟④、將步驟③制備的溶膠置于恒溫干燥箱中，在130±2℃下干燥4h，制成催化劑前驅物；步驟⑤、將步驟④制備的催化劑前驅物置于馬弗爐中，在溫度500~700℃，隔絕氧氣條件下焙燒2h，制成竹炭負載氧化鋅摻銅復合催化劑材料。

根據權利要求2所述的方法，其特征在于：所述步驟③中B溶液加入至A溶液+竹炭中的滴加速度為1~2滴/s。

根據權利要求1-3所述的竹炭負載氧化鋅摻銅復合催化劑材料的應用方法，其特征在于，應用方法為：該材料應用于紫外光催化降解有機物裝置中，紫外燈功率為15W，空氣泵進行曝氣，使得催化劑材料較均勻分散在溶液中，本發明方法可將工業污水中的多類有機物催化降解，最終分解為二氧化碳和水，去除率高達80%~99%。

本發明的竹炭負載氧化鋅摻銅復合催化劑材料的應用方法是：（1）在自主設計的光催化裝置中，安裝紫外燈，連接空氣泵，打開兩者的電源，將催化劑加入到裝置中，分別通入含10mg/L羅丹明B、亞甲基藍、甲基橙、酸性品紅、中性紅的溶液。

（2）催化劑的投加量為0.5~2.0g/L，紫外燈的功率為15W。

當底物中有機物為羅丹明B時，光催化降解2h，經紫外可見分光光度計測定，羅丹明B的去除率為95.28%；當底物中有機物為亞甲基藍時，光催化降解2h，經紫外可見分光光度計測定，亞甲基藍的去除率為99.17%；當底物中有機物為甲基橙時，光催化降解2h，經紫外可見分光光度計測定，甲基橙的去除率為93.65%；當底物中有機物為酸性品紅時，光催化降解2h，經紫外可見分光光度計測定，酸性品紅的去除率為79.82%；當底物中有機物為中性紅時，光催化降解2h，經紫外可見分光光度計測定，中性紅的去除率為85.71%。

本發明的竹炭負載氧化鋅摻銅復合催化劑材料與現有催化劑相比，其顯著特點在于：

（1）采用竹炭作為負載材料，具有較大的比表面積，對有機物具有較好的吸附作用，提高了有機物的降解效率；

（2）竹炭負載非貴金屬氧化物氧化鋅摻銅催化劑制備的原材料成本低且來源廣，很大程度上降低了有機污水的處理成本；