一種磁性生物炭負(fù)載光催化劑的制備方法
【專利說明】
(一)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種光催化劑，尤其是涉及一種磁性生物炭負(fù)載型的光催化劑的制備方法。
(二)
【背景技術(shù)】
[0002]光催化氧化法是近20年來迅速發(fā)展的一種高級(jí)氧化技術(shù)。但是納米T12粉末懸浮體系由于其顆粒細(xì)微，催化劑難以回收，不利于催化劑的再生和再利用。要實(shí)現(xiàn)此技術(shù)應(yīng)用于大規(guī)模的水處理，必須解決光催化劑的負(fù)載問題及提高光催化劑的活性。而多孔材料通常具有高比表面積、高孔容、孔道結(jié)構(gòu)大小可調(diào)及低介電常數(shù)和低熱導(dǎo)率等顯著特點(diǎn)和性質(zhì)，所以多孔形吸附載體與T12光催化劑復(fù)合提高光催化效率得到普遍的認(rèn)可和重視。
(三)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明利用水稻根制備一種磁性生物炭，并且制成負(fù)載型T12光催化劑。將外層覆有微生物代謝形成的含鐵膠膜的水稻根系進(jìn)行燒制，可以得到磁性生物炭。研究表明，在制備過程中，鐵元素被還原，嵌入炭的晶體結(jié)構(gòu)中，其化學(xué)構(gòu)成為FeC3。該結(jié)構(gòu)具備磁性，還原態(tài)的鐵元素受到碳的晶格保護(hù)，不易受到廢水水質(zhì)的影響。磁性生物炭粉有167m2/g的比表面積，可以用于負(fù)載光催化劑。
[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種有資源回收意義，能降解有機(jī)污染物，有可見光吸收能力的磁性生物炭負(fù)載型的光催化劑的制備方法。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案主要分為三步，第一步，是采用熱解法制備磁性生物炭粉;第二步，溶膠凝膠法制備光催化劑前驅(qū)體;第三步;水熱法合成光催化劑。
[0006]具體的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0007]—種磁性生物炭負(fù)載光催化劑的制備方法，所述方法包括以下步驟:
[0008](A)制備磁性生物炭:
[0009](Al)將水稻根清洗、烘干、剪碎后，進(jìn)行預(yù)炭化處理:在250?400°C溫度下恒溫煅燒2?4小時(shí)，自然冷卻后，得到預(yù)炭化的樣品；
[0010](A2)預(yù)炭化后的樣品在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，500?900°C溫度下恒溫煅燒2?4小時(shí)，自然冷卻后取出，研磨，制得所述磁性生物炭；
[0011]所述步驟(Al)中，預(yù)炭化處理時(shí)的升溫速率優(yōu)選5?15°C/min。
[0012]所述步驟(Al)優(yōu)選在馬弗爐內(nèi)，空氣氛圍下進(jìn)行煅燒。
[0013]所述步驟(A2)中，升溫速率優(yōu)選5?15°C/min。
[0014]所述步驟(A2)優(yōu)選在管式爐內(nèi)進(jìn)行煅燒。
[0015]所述步驟(A2)中，煅燒溫度優(yōu)選700?800°C。
[0016](B)制備光催化劑前驅(qū)體
[0017](BI)配制無水乙醇、鈦酸丁酯、乙酰丙酮的物質(zhì)的量之比為20:5:1的混合溶液，然后加入磁性生物炭，攪拌10?60分鐘，得到含磁性生物炭的混合液，作為A液;所述A液中，磁性生物炭的質(zhì)量與鈦酸丁酯的質(zhì)量之比為0.23?2.6%，優(yōu)選1.1?1.3%
[0018](B2)配制無水乙醇、去離子水物質(zhì)的量之比為2:1的混合溶液，作為B液；
[0019](B3)在攪拌下，將A液緩慢滴入B液中，滴完后繼續(xù)攪拌反應(yīng)I?2h，靜置后生成凝膠狀產(chǎn)物，烘干，制得光催化劑前驅(qū)體;所述A液中無水乙醇的物質(zhì)的量和B液中無水乙醇的物質(zhì)的量之比為1:1;
[0020]所述步驟(B3)中，A液滴加的速度優(yōu)選為2_3s/滴。
[0021 ] (C)制備磁性生物炭負(fù)載光催化劑
[0022]將光催化劑前驅(qū)體加入去離子水，置于水熱釜中，在100?150°C(優(yōu)選120°C)溫度下加熱反應(yīng)10?12h，自然冷卻后，固液分離，取固體產(chǎn)物洗滌、烘干、研磨，制得所述磁性生物炭負(fù)載光催化劑。
[0023]所述步驟(C)中，去離子水的體積用量一般以光催化劑前驅(qū)體的質(zhì)量計(jì)為50?200mL/go
[0024]本發(fā)明制備的磁性生物炭負(fù)載光催化劑是以磁性生物炭為載體，負(fù)載有T12活性組分的負(fù)載型光催化劑，其中磁性生物炭的質(zhì)量百分含量為I?10%，優(yōu)選5%。
[0025]本發(fā)明制備的磁性生物炭負(fù)載光催化劑可應(yīng)用作為光催化氧化催化劑，進(jìn)一步，可用于可見光催化氧化有機(jī)廢水，如有機(jī)染料廢水等。
[0026]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于制備磁性生物炭粉所使用的原料是農(nóng)業(yè)廢棄物水稻根，將其資源化使用。水稻根表面的含鐵膠膜來自于水稻生長過程中復(fù)雜的根際微生物代謝，是土壤鐵元素向水稻根系的生物富集，含鐵膠膜中鐵元素的利用避免了采礦、冶煉、化學(xué)制備等一系列高能耗、高物耗的過程，是一項(xiàng)綠色節(jié)能的環(huán)境友好新技術(shù)。本發(fā)明直接利用生物材料稻根一步碳化和還原制得磁性載體，優(yōu)于在碳材料上負(fù)載沉積磁性顆粒，或先制備磁性顆粒再行覆碳的兩步法制備工藝。
[0027]本發(fā)明利用磁性生物炭作為負(fù)載載體，可以有效降低光催化劑流失損耗，增強(qiáng)了可見光波段吸收能力，還因?yàn)橛写判暂d體的存在，可以通過外加磁場來實(shí)現(xiàn)高效回收催化劑。
[0028]本發(fā)明制備的磁性生物炭粉負(fù)載光催化劑的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，水稻根制得的磁性生物炭是一種良好的磁性載體，負(fù)載后的T12光催化劑獲得了可見光吸收能力，增加了光催化效率，降低了光催化劑的流失，可以重復(fù)回用，具備一定的規(guī)?；瘧?yīng)用前景。
(四)
【附圖說明】
[0029]圖1為實(shí)施例1制備的磁性生物炭粉末的磁滯回線。
[0030]圖2不同磁性生物炭粉含量的光催化劑降解活性艷紅X-3B的Ct/Co—T曲線圖。
[0031 ]圖3含質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%磁性生物炭粉的T12光催化劑的XRD圖。
[0032]圖4含質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%磁性生物炭粉的T12光催化劑回收重復(fù)使用降解效果對(duì)比圖。
[0033]圖5含質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%磁性生物炭粉的T12光催化劑的磁滯回線。
(五)
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅限于此:
[0035]實(shí)施例1:
[0036](A)制備磁性生物炭:
[0037]10.0Og水稻根洗凈，烘干，剪碎后置于坩禍內(nèi)；在馬弗爐內(nèi)進(jìn)行預(yù)炭化處理，空氣氣氛，升溫速率5°C/min，升溫至250°C下恒溫煅燒4小時(shí)，待自然冷卻后取出，得到預(yù)炭化后的樣品4.60g;預(yù)炭化后的樣品置入瓷舟，在管式爐內(nèi)以氮?dú)獗Ｗo(hù)升溫(速率5°C/min)，升至7000C下恒溫進(jìn)行煅燒4小時(shí)，待自然冷卻后取出，研磨，得到磁性生物炭粉末2.30g。
[0038]700°C煅燒所制得的磁性生物炭粉末的磁滯曲線如圖1所示，從圖1中可看