[发明专利]一种复合光催化材料、制备方法及应用

说明书

本发明属于污水处理领域，公开了一种复合光催化材料、制备方法及应用。本发明中以锌盐、锶盐为掺杂金属原子来源，以甲醛、间苯二酚、间苯三酚为碳源，草酸为催化剂，并在其中混合二氧化钛纳米颗粒制备混合凝胶，经过丙酮浸泡、常温干燥、无氧环境煅烧后制备复合材料。锶、锌共掺杂二氧化钛/碳气凝胶复合材料具备较高的比表面积和光催化活性。在提升光催化降解效率的基础上，具备针对有机污染物的选择性，有利于光催处理后的余水重新回收利用。

技术领域

本发明属于有机废水处理领域，尤其是一种复合光催化材料、制备方法及应用。

背景技术

增溶有机污水是水处理领域中难解决的问题。增溶有机污水中含有表面活性剂和有机污染物。因表面活性剂的增溶作用，有机污染物的浓度经常大于其普通水中的溶解度，对环境安全及人类健康的危害大于一般的有机废水。此外，由于表面活性剂的发泡效果，在处理过程中隔绝了污水与氧气的交流，处理效果难以达到理想目标。综上，表面活性剂应用成本高，处理难度大，因此处理增溶有机污水的最佳策略是尽可能降解被增溶有机物，最大可能保留表面活性剂，用以重复利用。

常见增溶有机污水的处理方式包括物理吸附法、生物法、高级氧化法。物理吸附法所使用的吸附剂为活性炭或有机膨润土等，虽可高效吸附污染物，处理后的吸附剂仍需后续进一步有效处理；生物法因表面活性剂的生物毒性，抑制了微生物活性，且降解环境和操作时间的需求均较高而难以应用；高级氧化法是目前处理难降解污染物最有效的方法之一，其中的光催化氧化技术是处理增溶有机废水的有效手段之一。在特殊光照条件下，光催化剂依靠其产生的空穴直接氧化分解污染物，或者与水反应产生强氧化自由基，由自由基对污染物进行氧化分解。但由于增溶有机污水中表面活性剂的存在，催化剂或其产生的强氧化自由基无法高效与有机污染物接触，催化降解效率差。此外，由于表面活性剂以包裹方式增溶有机污染物，一般表面活性剂在光催化降解体系中被优先降解，其对于尽可能保留表面活性剂以重复利用增溶污水的策略是极为不利的。兼备吸附和降解功能的复合光催化材料，是选择性处理增溶有机污水的有效方法之一，具备较高孔隙率和比表面积的复合光催化材料，可有效的选择性吸附被增溶的有机物，同时阻隔胶束(通常为数十纳米)的渗透吸附，并对增溶有机物施行高效光催化降解。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种锶、锌共掺杂二氧化钛/碳气凝胶复合材料的制备方法及其处理增溶有机污水的应用，本发明提供的复合光催化材料具有比表面积大、增溶有机污染物选择性高、降解效率高、且降解后的高浓表面活性剂余水可重复利用的特点。

本发明的第一方面是提供了一种复合光催化材料，以碳气凝胶作为骨架，负载二氧化钛、钛酸锌及钛酸锶纳米晶体。该材料比表面积大，介孔结构丰富。

本发明的第二方面是提供了上述复合光催化材料的制备方法，以锌、锶为掺杂金属原子来源，以甲醛、间苯二酚、间苯三酚为碳源，草酸为催化剂，并在其中混合二氧化钛纳米颗粒制备混合凝胶，经过丙酮浸泡、常温干燥、无氧环境煅烧后制备复合材料。

所述锌由锌盐提供，优选氯化锌或硝酸锌或硫酸锌或醋酸锌。

所述锶由锶盐提供，优选氯化锶或硝酸锶或醋酸锶。

进一步地，最优选氯化锌，氯化锌中的Zn原子在凝胶制备的过程中，有促进碳气凝胶体积膨胀，增加材料比表面积的作用，进而提升增溶污水中有机物的富集效果。

进一步地，最优选氯化锶，氯化锶中的Sr原子在复合材料中与TiO₂反应，生成SrTiO₃，其具有更强的光催化降解性能，提升增溶污水中有机物的降解效果。

Zn在碳气凝胶的凝胶和碳化过程中提高碳气凝胶的比表面积，大幅提升増溶有机物污染物的富集性能，Sr起协同促进提高比表面积的作用。Sr经反应生成钛酸锶，大幅提升増溶有机污染物的光催化降解性能，Sr经反应生成钛酸锌，起协同促进光催化降解的作用。

二氧化钛在碳气凝胶成型过程中，促进内部产生空隙。