[發明專利]一種塊狀硫化銦-碳纖維網絡光催化劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202011187651.8
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112275297B
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 劉溫霞;李國棟;宋兆萍;王慧麗;于得海;劉宏
• 申請（專利權）人: 齊魯工業大學
• 主分類號: B01J27/04
• 分類號: B01J27/04;C02F1/30;C02F1/32;C02F101/30;C02F103/28
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 李桂存

本發明提供一種塊狀硫化銦?碳纖維網絡光催化劑，屬于制漿造紙廢水處理領域。對纖維素纖維使用高碘酸處理，得到碳纖維網絡，將碳纖維網絡浸入鹽酸多巴胺中，得到自支撐碳纖維網絡。配置將硫化銦混合溶液，將自支撐碳纖維網絡浸泡在硫化銦混合溶液中，反應得到塊狀硫化銦?碳纖維網絡光催化劑。本發明所制備的塊狀硫化銦?碳纖維網絡光催化劑應用于造紙廢水的深度處理，利用光催化對制漿造紙廢水中的木素或其他殘余有機物進行降解和去除。既充分利用了太陽光能，提高了光催化劑對制漿造紙廢水的處理效率，又解決了用普通光催化劑處理廢水時難以再生和循環利用問題。

技術領域

本發明涉及一種塊狀光催化劑的制備及其對制漿造紙廢水的深度處理技術，屬于制漿造紙廢水處理領域。

背景技術

制漿造紙工藝復雜，生產原料和制漿方法眾多，常根據生產紙種的不同采用各種植物纖維原料和不同的制漿方法。其制漿造紙廢水包含了制漿造紙各個工段循環利用和初步回收之后的廢水，如洗選漂車間的中段廢水和造紙車間無法回用的廢水，具有成份復雜、污染物多、色度大、可生化性能差的特點，經常規的一級混凝沉淀和二級生物處理之后，依然難達到新的國家排放標準，還需要進一步采用深度處理技術，繼續將廢水中難以除去的污染物如木素衍生物等有機污染物去除。在常見的深度處理技術中，高級氧化技術因氧化能力強、反應徹底、反應時間短、占地面積小而受到廣泛關注。目前的大部分高級氧化技術都是以紫外光作為光源的各種光催化氧化技術，所采用的光催化劑多為單分散納米顆粒，雖然有很好的光催化效率，但將其分散到制漿造紙廢水中進行光催化降解后，利用過濾或者沉淀的方法難以回收利用。雖然采用高速離心技術可以回收，但回收成本很高。

在利用光催化劑降解工業廢水中的有機污染物時，為了有利于光催化劑的后續處理，常將光催化劑固載于陶瓷材料、活性炭、石英玻璃、水泥、金屬網、金屬合金、泡沫金屬、玻璃纖維、無紡布等材料上。但固載于這些整體材料上的光催化劑由于載體或粘合劑對光催化劑活性位點的遮蓋，使得光催化劑自身活性降低，或由于載體自身孔隙太小（如活性炭），影響有機污染物的傳質，降低了光催化劑對污染物的降解效率。將光催化劑固載到其它顆粒狀載體如沸石、膨潤土或其它半導體載體上，同樣存在顆粒狀催化劑的回收問題。CN111359641 A報道了利用三維多孔泡沫陶瓷固載光催化劑的方法，泡沫陶瓷是一種具有三維立體網絡骨架和相互貫通氣孔結構的多孔陶瓷材料，氣孔率高、比表面積大，可通過提高光催化劑的固載量，提高固載光催化劑的光催化效果。然而，多孔泡沫陶瓷本身只是單純作為載體，對光催化劑的載流子分離沒有促進作用。此外，目前固載的光催化劑多為二氧化鈦，而二氧化鈦只是在紫外光范圍內具有光催化活性，對太陽光的利用率不高。

發明內容

針對現有技術中存在的，對太陽光等可見光利用率低，負載材料對光催化劑的載流子分離沒有促進作用問題，本發明提供一種塊狀硫化銦-碳纖維網絡光催化劑。

一種塊狀硫化銦-碳纖維網絡光催化劑，由以下方法制備：

將高碘酸鈉分散在去離子水中形成濃度5wt%的高碘酸鈉溶液，加入纖維素纖維，形成濃度為3~5%的紙漿懸浮液，將懸浮液加熱到30~40℃，反應2~3小時，脫水、用去離子離心洗滌，過濾成形、干燥，獲得纖維素纖維網絡。將干燥后的纖維素纖維網絡在管式爐中于氮氣保護下以2-3℃/分鐘的速度升溫到300℃，保溫2小時，繼續 以2~3℃/分鐘的速度升溫到800℃，保溫3小時，取出，冷卻至室溫，獲得碳纖維網絡。將鹽酸多巴胺溶解在0.01摩爾/升的三羥甲基氨基甲烷的水溶液（Tris緩沖液）中，制備濃度0.2~0.4%的鹽酸多巴胺溶液，并利用NaOH溶液將鹽酸多巴胺溶液的pH調至8.5，將碳纖維網絡浸入其中，反應24小時，取出并用去離子水洗滌、干燥，即獲得自支撐碳纖維網絡。

將檸檬酸與氯化銦按摩爾比為6：1的比例依次溶于去離子水中，形成檸檬酸銦配合物透明溶液；按硫代乙酰胺與氯化銦的摩爾比為4：1的比例，將硫代乙酰胺溶于去離子水中，配置硫代乙酰胺透明溶液。將硫代乙酰胺溶液在攪拌下緩慢滴加到檸檬酸銦配合物溶液中，形成透明澄清的混合液，并轉移到反應釜中，同時垂直放入自支撐碳纖維網絡，密封后在80℃下反應8小時，即獲得塊狀可見光催化劑。