[发明专利]利用农业废弃物制备吸附-光催化双功能耦合材料的方法

说明书

技术领域

本发明所属可持续再生与发展资源、能源及先进材料制备的技术领域。涉及生物质资源学、材料科学、环境科学、以及太阳能利用、光催化技术和环境保护等多个学科交叉领域的相关技术，主要涉及一种能够大规模利用农业废弃物资源制备具有吸附-光催化双功能耦合材料的方法。

技术背景

TiO₂因其无毒、稳定、廉价且具有较高光催化活性而备受研究者的青睐，利用TiO₂进行光催化的过程也因此被认为是目前最具前景、环境友好且效率较高的环境污染治理技术。很多研究表明：光催化反应主要发生在材料表面，因此材料的表面特性对光催化效率起着至关重要的作用。然而，TiO₂对染料等有机污染物的吸附性能较差，加之实际应用过程中污染物的浓度较低，使得深度处理难度加大、处理效率降低。因此，改善TiO₂材料的吸附性能将有利于提高反应速率和降解效率。此外，由于TiO₂禁带较宽不能利用可见光，通过元素掺杂或制备特殊形态结构扩展TiO₂光谱响应范围、提高其可见光利用率成为研究热点。

纵观地球演变，大自然经过亿万年进化，生物体内部的结构和功能与外界环境已经形成了近乎完美的“默契”，生物材料具有多样性的同时又存在生物特异性。因此，受大自然的启发仿生构建既具有生物特殊结构又具有特殊功能、效率更高的材料或系统引起了科学家的极大兴趣。如中国专利CN 101249952A，名称为“利用生物质模板制备自掺杂氮分级多孔氧化物的方法”，是以新鲜生物质材料为模板，经过戊二醛PBS溶液固定和HCl浸泡预处理后，将其浸泡在金属M的盐溶液中100℃-130℃下保温3-24h，材料经清洗后再次浸泡在金属M的盐溶液室温保存24-120h，最后在氧气气氛中高温处理，得到掺杂氮的多孔氧化物N-M_xO_y。该方案制备的是掺杂氮的多孔氧化物，工艺较繁琐、条件苛刻；所取模板仅限于新鲜生物质材料，并且制备过程中使用了100℃-130℃的浸泡处理，极易使新鲜叶片中的叶绿体解体、叶绿素降解以及果实中的部分蛋白质等活性成分变性，不能较好的保存新鲜生物模板的结构达到氮掺杂的效果。围绕具有吸附性能TiO₂光催化剂的制备方法也已有不少文献报道。如中国专利CN1513595A，名称为“吸附-光催化剂及其制备方法”，该制备方法是以改性膨润土为主要载体、三氧化二铝为辅助载体、二氧化钛及少量金属银为光催化活性成分；中国专利CN 1139424C，名称为“高吸附性光催化剂及载体材料”，该专利公布的高吸附性光催化剂是由复合TiO₂、活性碳微粒及试剂淀粉合成的纳米颗粒炭，负载在表面附有TiO₂金红石薄膜的无碱玻璃纤维、或者玻璃片、蛭石、沸石，或者是经过氩气保护下高温处理过的，且表面附有TiO₂金红石薄膜的炭纤维。目前还没有使用生物模板制备吸附-光催化材料的文献报道，也未见利用微波-酸洗法处理生物模板制备相关材料的报道。

目前，我国是世界上农业废弃物产出量最大的国家，其中仅农作物秸秆的年产量就高达7.5亿吨且种类繁多。这些资源在采摘、运输、储藏、利用乃至废弃等一系列过程中大部分已陈化甚至干枯。因此，针对不同种类和不同状态的农业废弃物建立一种较为通用、简单的处理工艺和再利用途径，将为农业废弃物资源的多级循环和利用提供新思路。

发明内容

本发明从多级利用和循环生物质资源的角度出发，针对现有研究中的不足，提供了一种利用廉价农业废弃物制备吸附-光催化双功能耦合材料的方法。本发明方法通用性强、可控性好、工艺简单、模板材料来源广泛且成本低廉。

以下通过技术方案对本发明进行详细说明：

第一步，充分洗涤农业废弃物模板，去除粘附的杂质和水溶性物质；

所述农业废弃物模板，是指以来源于植物有机体的农业废弃物为模板，包括植物有机体整体或各组织器官，如叶、根、茎、壳、果实、皮、膜、花等。以上所述原料在各种状态下，无论新鲜采摘或经陈化或完全干枯均可；

第二步，采用微波辐照-酸洗耦合工艺对模板进行预处理；

所述微波辐照-酸洗耦合预处理工艺，是指：模板浸泡在体积百分比为3％～10％HCl溶液中，并置于微波中辐照处理3～20min后，静置0.5～6h。微波频率为2.45GHz，微波功率为100～800W。

第三步，预处理后的模板经清洗和自然干燥，浸渍于前驱体溶液中，室温静置3～24h；