[发明专利]一种光促三元复合材料的制备方法及其应用

说明书

本发明属于复合材料制备及染料废水处理领域，具体涉及一种光促三元复合材料的制备方法及其应用，选用比表面积大、机械强度高的碳纤维为支撑材料、采用两次逐层组装的方式，快速制备光促三元复合材料，利用二硫化钼和聚苯胺自身的高效吸附性能和可见光响应优势相结合,在光的照射下，对染料废水具有快速脱色净化作用；与普通的吸附方法相比，本发明的方法可在10min左右快速高效实现染料废水的脱色净化，动力学效果提升了5～10倍，相同时间内的脱色能力提高了5～10倍，同时具有很好的可见光响应性能；以块状碳纤维为支撑材料，使得所制备的光促三元复合材料，可快速回收，无需再生，实现多次重复高效利用。

技术领域

本发明属于复合材料制备及染料废水处理领域，具体涉及一种光促三元复合材料的制备方法及其应用。

背景技术

随着我国化学工业技术的飞速发展，各种结构和功能的染料层出不穷，被广泛应用到食品、化妆品、印染等行业中，我国每年的染料产量位居世界前列，达15万吨。这些染料在使用过程中会通过多种途径迁移进入环境中，在环境中稳定存在，难以降解。染料废水有机物含量高，色度大，组分复杂，即使浓度很低，排入水体后，仍然会降低水体的透光率，对水体的生态环境产生不良影响，目前治理难度很大。

常用的处理方法包括吸附法、膜分离技术、絮凝沉淀法、生物法、化学氧化法等。膜分离技术虽然具有分离效率高，工艺简单，无污染等优点，但是投资和运行成本非常高，膜容易发生堵塞。絮凝沉淀法处理后会产生大量的泥渣，应用范围较窄。纯的吸附技术只能将染料分子从水体中转移至固相吸附剂上，并不能降低染料分子本身的毒性，后续还需要进行二次处理，并且吸附剂再生困难，应用受限。大多数染料的可生物性较差，且生物法操作工艺繁琐，因此，生物法对染料废水的处理能力有限。而光催化氧化法是近几年染料废水处理技术的热点之一，它能够利用紫外光或可见光破坏染料分子的结构，降低其色度和毒性。但是，目前的光催化剂主要是对紫外光有响应，并且光的利用率较低，导致降解处理速率慢，处理量低。此外，目前用于染料废水的处理材料以颗粒和粉末为主，回收困难，染料废水的处理效率低。

中国专利申请号为201210141846.8，发明名称为利用小分子双酮作光活性剂氧化处理染料废水的方法，提出通过加入光活性剂的方式处理染料废水，这种方法加入的光活性剂难以回收，容易引入二次污染，具有潜在的毒性。因此，制备新型易回收、可循环使用的染料废水处理材料，提高其对可见光的利用效率，减少能源消耗，降低处理成本，对于提高染料废水的处理效率具有重要意义。

发明内容

本发明针对现有技术中存在上述技术问题，提供一种光促三元复合材料的制备方法及其在染料废水处理中应用。

为解决上述问题，本发明的技术方案如下：

一种光促三元复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、以水为溶剂，将碳纤维，钼酸钠和硫代乙酰胺混合均匀加入聚四氟乙烯消解罐中，密闭放入恒温干燥箱中，设定时间与温度，进行水热合成后，分别用乙醇和水清洗三次，烘干；其中，碳纤维的加入量为1.0～3.0g/L，钼酸钠的加入量为20～80g/L，硫代乙酰胺的加入量为20～80g/L，水热合成反应时间为12～24h，温度为180～240℃；

S2、将步骤1所得产物和苯胺单体加入体积分数为1％～5％的硫酸溶液中，混合均匀，制成溶液A；其中苯胺单体的加入量为10～30mmol/L；

S3、将过硫酸铵加入体积分数为1％～5％的硫酸溶液中，混合均匀，制成溶液B；其中过硫酸铵的加入量为10～30mmol/L；

S4、将溶液B缓慢逐滴加入到溶液A中，通过原位聚合反应3～24h进行二次组装后,依次用乙醇和水洗涤，烘干，制得光促三元复合材料。

优选地，所述碳纤维为聚丙烯腈基的碳纤维。

优选地，所述步骤2与步骤3所用硫酸溶液的浓度相同。