[发明专利]一种中空结构生物质炭/TiO2多壁管/CuO光催化剂及其制备方法

说明书

本发明属于水污染光催化剂技术领域，涉及一种中空结构生物质炭/TiO₂多壁管/CuO光催化剂，由中空结构生物质炭、TiO₂多壁管和CuO纳米颗粒复合而成。本发明还公开了所述光催化剂的制备方法，包括：生物质经清洗、粉碎、酸洗等预处理，溶于钛溶液超声20～40min后，40～60℃干燥4～8h得到钛源/生物质，置于马弗炉中高温煅烧2～6h；浸泡于铜溶液中3～6h，清洗后再浸入铜溶液后清洗，重复10～20次后，50～70℃干燥10h，最后在氮气保护下高温煅烧2～4h自然冷却后即得。本发明所公开的制备方法可控且反应条件简单，将中空生物质炭的高比表面积与TiO₂的光催化以及CuO的催化性能相结合，高效快速去除氨氮。通过实验模拟去除氨氮废水，紫外线的照射下去除率最高达99.5%。

技术领域

本发明属于水污染光催化剂技术领域，涉及一种中空结构生物质炭/TiO₂多壁管/CuO光催化剂及其制备方法，适用于制备水体中光催化降解氨氮材料。

背景技术

随着农业化的不断发展，近年来由于农药使用不合理，使得大量氮元素流失，进入到江、河、湖泊等水域，引起水体中氮磷含量超标，导致水体富营养化越来越频发，水环境越来越差，从而破坏水体生态平衡甚至威胁到人类身体健康。目前氨氮处理方法分为物理法、生物法和化学法。对于低浓度的氨氮使用生物法较为常见，但在高浓度氨氮条件下，生物法对气候、温度、有机物浓度等条件较为苛刻，管理投入和成本较高；而物理法常常会带来二次污染，因此需要寻找高效、快速、绿色环保的氨氮去除方法和材料。

随着科技巨轮的前进，研究者们发现利用半导体材料通过吸收光的能量在水体中产生羟基自由基，利用羟基自由基的强氧化性可以去除水体中污染物，因此用来去除氨氮也是可行的。经过长期的研究比较，TiO₂的光催化性能相对较好且是较为常用的半导体材料，但是TiO₂材料的空穴-电子对复合率较高且带隙能较大，而掺杂非金属可以降低空穴-电子对复合率，掺杂金属带隙能，因此通过掺杂组成的复合材料可以提高光催化效率。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的是公开了一种中空结构生物质炭/TiO₂多壁管/CuO光催化剂及其制备方法。

技术方案：

一种中空结构生物质炭/TiO₂多壁管/CuO光催化剂，由中空结构生物质炭、TiO₂多壁管和CuO纳米颗粒复合而成，所述中空结构生物质炭以生物质为原材料经清洗、粉碎、酸洗预处理、100～120℃干燥5～8h炭化后形成；所述TiO₂多壁管是通过400～700℃高温煅烧2～6h后而成，所述CuO纳米颗粒由生物质炭和TiO₂多壁管吸附后的铜离子，经高温煅烧而成。

所述中空结构生物质炭的中空结构孔径为20～50µm。

所述TiO₂多壁管的直径为1～3µm，厚度为150～190nm。

所述CuO纳米颗粒尺寸为50 nm～500 nm。

本发明还公开了上述中空结构生物质炭/TiO₂多壁管/CuO光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

a）生物质用清水清洗、烘干后粉碎，粒径在1.5mm左右，然后放入1～3mol/L的酸溶液中浸泡2～4h，用去离子水清洗至中性，100～120℃干燥5～8h得到预处理生物质；

b）按照钛源与乙醇的体积比为1：2～4的比例配制钛溶液，以30～50mg预处理生物质溶于100mL钛溶液的比例，将预处理生物质溶于钛溶液超声20～40min后，40～60℃干燥4～8h得到钛源/生物质；