[發(fā)明專利]一種用于高效降解廢水中有機(jī)染料的復(fù)合材料及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010947736.5
• 申請日: 2020-09-10
• 公開（公告）號: CN112076739A
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李媛;程俊;汪國樹;解杰;郭志強(qiáng);徐進(jìn)章
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B01J23/06
• 分類號: B01J23/06;B01J35/02;C02F1/30;C02F1/72;C02F101/30
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責(zé)任公司 34101
• 代理人: 盧敏

本發(fā)明公開了一種用于高效降解廢水中有機(jī)染料的復(fù)合材料及其制備方法，該復(fù)合材料是在海膽狀TiO₂微米球的表面均勻負(fù)載有ZnO納米顆粒，且TiO₂與ZnO構(gòu)成異質(zhì)結(jié)。本發(fā)明的TiO₂/ZnO復(fù)合材料能夠高效降解廢水中的有機(jī)染料，而且無毒環(huán)保、顆粒大，易與水體分離、不會造成二次污染，可以廣泛應(yīng)用于有機(jī)染料廢水的處理。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光催化材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于高效降解廢水中有機(jī)染料的復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

有機(jī)染料廣泛應(yīng)用于皮革、化妝品、印染等領(lǐng)域，大約12％的染料在生產(chǎn)和使用過程中會釋放到環(huán)境中，并容易進(jìn)入水體。絕大多數(shù)染料均很穩(wěn)定，很難被自然降解，嚴(yán)重影響生態(tài)平衡和生物的健康。高級氧化技術(shù)是處理有機(jī)染料廢水的重要方法之一，這種技術(shù)能夠產(chǎn)生羥基自由基等強(qiáng)氧化性物質(zhì)，利用其高化學(xué)活性和無選擇性，通過物理、化學(xué)作用破壞發(fā)色基團(tuán)，可將難生物降解的大分子有機(jī)物質(zhì)降解為易生物降解的小分子物質(zhì)或無機(jī)物。目前，高級氧化技術(shù)主要有：Fenton法、臭氧氧化法、濕式氧化法、超聲波氧化法、光催化氧化法、超臨界水氧化法、低溫等離子技術(shù)等。

相對其它高級氧化技術(shù)來說，光催化技術(shù)是一種高效、安全的環(huán)境友好型環(huán)境凈化技術(shù)，其操作簡單、能耗低、無二次污染。目前已經(jīng)開發(fā)出各種用于污染物降解的光催化劑，例如具有良好光催化活性的TiO₂、ZnO、CeO₂、CdS、BiVO₄和NiO等。與其它光催化劑相比，TiO₂由于其具有無毒性、高化學(xué)穩(wěn)定性、低成本和強(qiáng)光響應(yīng)性等特性而備受關(guān)注。TiO₂主要有三種晶型，分別為銳鈦礦、金紅石和板鈦礦，其中銳鈦礦相TiO₂的光催化性能最佳。一般來說TiO₂納米顆粒的粒徑越小，比表面積越大，活性位點(diǎn)越多，越有利于光催化反應(yīng)。但是粒徑太小，催化劑不易與水體分離。因此研究人員通過三維分層納米結(jié)構(gòu)來增加其比表面積，如海膽狀、花狀、樹枝狀等自組裝結(jié)構(gòu)，從而獲得更佳的光催化性能。

光生電子和空穴的復(fù)合是限制光催化性能的重要因素(Journal ofEnvironmental Chemical Engineering,7(3)，(2019)103096)。研究人員通過大量實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，TiO₂與其它半導(dǎo)體(如ZnO、CdS、WO₃等)偶聯(lián)構(gòu)建異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)是阻礙電荷快速復(fù)合的有效方法。其中，ZnO的價(jià)帶和導(dǎo)帶比TiO₂的價(jià)帶和導(dǎo)帶更負(fù)，這有助于ZnO/TiO₂異質(zhì)結(jié)中光生電子和空穴的分離。而且相對CdS、WO₃來說，ZnO具有無毒的優(yōu)點(diǎn)。因此，構(gòu)建TiO₂與ZnO的復(fù)合結(jié)構(gòu)以提高其光催化性能，具有重要的研究價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容

基于上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種用于高效降解廢水中有機(jī)染料的TiO₂/ZnO復(fù)合材料及其制備方法，以解決現(xiàn)有催化劑降解效果不佳、技術(shù)復(fù)雜、難以與水體分離等問題。

為實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種用于高效降解廢水中有機(jī)染料的復(fù)合材料，其特點(diǎn)在于：所述復(fù)合材料是在海膽狀TiO₂微米球的表面均勻負(fù)載有ZnO納米顆粒，且TiO₂與ZnO構(gòu)成異質(zhì)結(jié)。其中，所述TiO₂微米球?yàn)殇J鈦礦相、所述ZnO納米顆粒為纖鋅礦晶相。

本發(fā)明所述復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：

步驟1、將去離子水、二甘醇、草酸鈦鉀和尿素混合并攪拌均勻，然后轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中170-190℃水熱反應(yīng)10-12h，所得產(chǎn)物經(jīng)離心、洗滌、干燥，再置于馬弗爐中，升溫至500-550℃并保溫煅燒1-2小時(shí)，獲得海膽狀TiO₂微米球；