[发明专利]自组装氮化碳-TiO2/中空结构生物质炭降解氨氮复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于复合光催化剂技术领域，涉及生物质炭降解氨氮，尤其涉及一种自组装氮化碳‑TiO₂/中空结构生物质炭降解氨氮复合材料，由中空结构生物质炭（HSBC）、片状氮化碳和分级结构TiO₂微球构成，其中，所述中空结构生物质炭是以生物质为原料经粉碎、炭化后形成，其中空孔径为10～50µm；所述片状氮化碳通过自组装形成，厚度为100～200nm；所述分级结构TiO₂微球通过水热原位生长所得，微球直径1～2µm，由致密的纳米棒组成。本发明还公开了所述材料的制备方法。本发明制备条件简单，将中空结构生物质炭的高比表面积与TiO₂、氮化碳的光催化性能相结合，可快速去除氨氮。成本低廉、稳定、无二次污染以及绿色环保；经实验模拟去除氨氮废水，在紫外线的照射下去除率高达90.3%。

技术领域

本发明属于复合光催化剂技术领域，涉及生物质炭降解氨氮，尤其涉及一种自组装氮化碳-TiO₂/中空结构生物质炭降解氨氮复合材料及其制备方法。

背景技术

近年来由于施肥过量、农药使用不合理,使得大量氮元素输入江、河、湖泊，导致水环境越来越差，特别是水体富营养化越来越严重，破坏水体生态平衡。氨氮处理方法一般分为物理法、生物法和化学法。目前对于低浓度的氨氮，使用生物法处理较为常见，但在高污染氨氮浓度条件下，生物法则需要较为苛刻的处理条件，管理投入和成本较高，因此需要寻找高效、快速去除氨氮的方法和材料。

随着科学技术的进步，研究者发现利用半导体材料通过光催化降解氨氮的效果显著。比如TiO₂就是种较为常用的半导体材料，但是纯半导体材料的空穴-电子对复合率较高，而掺杂非金属可以避免这个缺点，并且能够降低带隙能、提高光催化效率。设计制备TiO₂/生物质炭复合材料，有望显著提高其光催化性能，再负载氮化碳可使得复合材料的电子转移效率更高，传质速度更快，并且存在各种构效关系，提高整体催化性能。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种自组装氮化碳-TiO₂/中空结构生物质炭降解氨氮复合材料及其制备方法。

技术方案：

一种自组装氮化碳-TiO₂/中空结构生物质炭降解氨氮复合材料，由中空结构生物质炭（HSBC）、片状氮化碳和分级结构TiO₂微球构成，其中，所述中空结构生物质炭是以生物质为原料经粉碎、炭化后形成，其中空孔径为10～50µm；所述片状氮化碳通过自组装形成，厚度为100～200nm；所述分级结构TiO₂微球通过水热原位生长所得，微球直径1～2µm，由致密的纳米棒组成。

本发明还公开上述自组装氮化碳-TiO₂/中空结构生物质炭降解氨氮复合材料的制备方法，包括如下步骤：

a）将生物质粉碎成1.5～2mm大小，用乙醇清洗后50～70°C干燥6 h，取出后置于管式炉中，在氮气保护下升温至450～650℃加热2～5h得到块状生物质炭；

b）生物质炭浸泡在冰乙酸中，磁力搅拌均匀，再将表面活性剂和二甲亚砜加入其中充分溶解，缓慢滴入钛源，磁力搅拌得到均匀悬浮液；其中，所述生物质炭：冰乙酸：表面活性剂：二甲亚砜：钛源的比例为80～120mg:60～80mL:4 mL:4 mL:4 mL，优选100mg:70mL:4mL:4mL:mL；

c）将均匀悬浮液移入反应釜中，120～160℃加热11～15 h，优选140℃加热13h，抽滤、用乙醇清洗干净后，75℃干燥6 h得到TiO₂/HSBC；