[發明專利]一種用于重金屬和染料廢水處理的三元磁性復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201810112913.0
• 申請日: 2018-02-05
• 公開（公告）號: CN108144585B
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 胡新將;霍惠雯;趙運林;周代璽;韓詩婷;姬懿;束文圣;邱國強
• 申請（專利權）人: 中南林業科技大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/28;B01J20/30;B01J27/24;C02F1/28;C02F1/30;C02F1/48;C02F101/20;C02F101/22;C02F101/30
• 代理公司: 長沙智德知識產權代理事務所(普通合伙) 43207
• 代理人: 陳銘浩

本發明涉及一種三元磁性復合材料的制備方法與應用，該材料是以g?C₃N₄為基體，與BiFeO₃和碳納米管耦合制成復合材料，本發明制備的三元磁性復合材料能有效處理重金屬和染料廢水。主要對六價鉻和染料亞甲基藍進行處理，亞甲基藍對六價鉻的去除起到很大的促進作用。本發明可用于電鍍廠、印染廠、皮革廠等廢水的處理。

技術領域

本發明屬于環境功能材料和水處理新技術領域，具體涉及一種用于重金屬和染料廢水處理的三元磁性復合材料及其制備方法。

背景技術

20世紀90年代初期，環境污染的控制和治理成為人類面臨和有待解決的重大問題之一。目前，我國重金屬污染較嚴重，部分地區農產品和飲用水已受到嚴重影響，進而危害人類的身體健康。而隨著染料工業的發展，也同樣導致部分河流與湖泊受到嚴重的污染。因此如何處理重金屬與染料廢水，已成為環境科學與工程領域研究的熱點與難點，也是解決我國重金屬污染與染料污染的關鍵。目前廢水處理方法有化學沉淀、過濾、吸附、滲透、氧化還原、光催化、離子吸附、電沉積等。而其中直接利用太陽光源來活化催化劑并驅動氧化還原反應等具有獨特性能的光催化凈化技術成為了一種理想的環境污染治理技術。光催化凈化技術具有反應條件溫和，二次污染小，運行成本低和可望利用太陽光為反應光源等優點，所以光催化在深度凈化方面顯示出巨大的應用潛力。光催化在40多年時間的發展里，各國學者對其機理的研究以及對其產品化研究方面均取得了很大的進展。然而其材料在性能方面仍存在有光催化劑分解有機物沒有選擇性、催化劑粒子的團聚現象比較嚴重，導致比表面積太小、催化效果太弱、光催化反應對光源的選擇性很強等問題，在環境污染物凈化方面尤其是在污水的處理效率上，遠未達到實際應用的要求。

g-C₃N₄是一種典型的聚合物半導體，具有優異的化學穩定性和獨特的電子能帶結構易調控等特點，還可以有效活化分子氧，產生超氧自由基用于有機官能團的光催化轉化和有機污染物的光催化降解。但是由于聚合物的材料特性，將g-C₃N₄作為光催化劑還存在一些問題，如比表面積小、產生光生載流子的激子結合能高、光生電子-空穴復合嚴重、量子效率低和禁帶寬度較大而不能有效利用太陽光等。BiFeO₃是一種同時具有鐵磁性單相多鐵的材料，可將電子吸附在其材料表面，以增加電子空穴，從而降低激發電子發生復位的現象。同時其特有的磁性使固液分離更為方便，以便于材料在一定程度上的回收利用。另一種材料是碳納米管，該材料具有良好的導電能力和吸附能力，使得電子的轉移更加具有方向性并有效地提高電子的轉移效率。若以g-C₃N₄為基體與BiFeO₃、碳納米管制成復合材料，將使得復合材料的性能有極大的改善。

因此本發明將g-C₃N₄、BiFeO₃和碳納米管在一定條件下進行復合，制得一種用于重金屬和染料廢水處理的三元磁性復合材料。g-C₃N₄是光催化的主要材料，可大量提供電子。而由于BiFeO₃的特有的磁性會使得g-C₃N₄在光催化條件下產生的電子發生定向轉移，從而提供更多的電子空穴，并且BiFeO₃在一定程度上可以對復合材料進行有效的回收，增強復合材料的可利用性。碳納米管由于其具有良好的導電能力和吸附能力，為電子的轉移提供一個更有利的條件。因此這種三元磁性復合材料在光催化的條件下處理重金屬和染料廢水顯得更加有效。

發明內容

本發明提出的一種用于重金屬和染料廢水處理的三元磁性復合材料，首先制備g-C₃N₄、BiFeO₃兩種材料，再將碳納米管與這兩種材料復合，具體步驟如下：