申请日 20201109
公开（公告）日 20210205
IPC分类号 B01J27/04; B01J21/06; B01J31/06; B01J37/03; B01J37/20; B01J37/34; B01J37/08; C02F1/30; C02F1/42; C02F1/00; C02F1/28
摘要
本发明公开了一种用于印染污水处理的二氧化钛/硫化镉/壳聚糖光催化剂及其制备方法。该制备方法首先通过溶剂热法制备二氧化钛微球，并在二氧化钛上原位负载硫化镉，构筑二氧化钛/硫化镉异质结，然后进一步通过超声以及热处理将二氧化钛/硫化镉异质结与壳聚糖凝胶进行复合，最终制得了二氧化钛/硫化镉/壳聚糖光催化剂。本发明所制备的二氧化钛/硫化镉/壳聚糖光催化剂具有优异的降解印染污水能力，并且其原料便宜易得、制备方法简单，可重现性高，易实现产业化生产。
权利要求书
1.一种用于印染污水处理的二氧化钛/硫化镉/壳聚糖光催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
步骤1：将乙二醇和醋酸混合均匀，加入模板剂二乙烯三胺，在磁力搅拌下逐滴滴加四氯化钛,然后将其转移到反应釜中，在160-200℃下反应12-24h，待自然冷却后，将产物洗涤、干燥，既得到由纳米棒分级自组装的二氧化钛微球；
步骤2：将镉源与去离子水和少量稀硝酸混合，pH≤7时，即可配置成镉溶液，然后在磁力搅拌下加入硫代乙酰胺，匀速搅拌10min，加入步骤1所制备的二氧化钛微球，超声20min，再匀速搅拌10min，然后加入1mol/L的盐酸，调节pH至3-6，然后将其转移到反应釜中，在200℃下反应12-24h，将产物洗涤、真空干燥，即得到二氧化钛/硫化镉复合物；
步骤3：将壳聚糖与2％浓度的醋酸液混合，配置成壳聚糖胶状液，加入步骤2所制备的二氧化钛/硫化隔复合物，混合均匀，超声20min，将产物洗涤、离心、真空干燥，然后转移到马弗炉中，在250-500℃下煅烧1-6h，即得到二氧化钛/硫化镉/壳聚糖复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种用于印染污水处理的二氧化钛/硫化镉/壳聚糖光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1所述的乙二醇、醋酸、二乙烯三胺和四氯化钛的体积比50:(1-5):(0.02-0.2):(1-5)。
3.根据权利要求1所述的一种用于印染污水处理的二氧化钛/硫化镉/壳聚糖光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤2所述的镉源为氯化镉、硝酸镉四水合物、醋酸镉四水合物或硫酸镉八水合物的一种。
4.根据权利要求1所述的一种用于印染污水处理的二氧化钛/硫化镉/壳聚糖光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤2所述的镉溶液浓度为(0.01-0.2)mol/L。
5.根据权利要求1所述的一种用于印染污水处理的二氧化钛/硫化镉/壳聚糖光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤2所述的镉源、硫代乙酰胺和二氧化钛微球的摩尔比为(1-2):(1-2):(1-4)。
6.根据权利要求1所述的一种用于印染污水处理的二氧化钛/硫化镉/壳聚糖光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤3所述的壳聚糖胶状液质量浓度为(0.01-0.04)g/mL。
7.根据权利要求1所述的一种用于印染污水处理的二氧化钛/硫化镉/壳聚糖光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤3所述的壳聚糖胶状液和二氧化钛/硫化隔复合物的质量体积比为20mL:(0.4-2)g。
说明书
一种用于印染污水处理的二氧化钛/硫化镉/壳聚糖光催化剂的制备方法
技术领域
本发明涉及污水处理和光催化技术领域，特别是涉及一种用于印染污水处理的二氧化钛/硫化镉/壳聚糖光催化剂的制备方法。
背景技术
我国是世界上最大的纺织品服装生产国，据国家环保总局统计，纺织业的印染污水排放量居全国制造业排放总量的第5位，60％以上的行业污水排放来自印染行业。印染行业的污水水量大、浊度高、色度高、污染物浓度高，其主要含有染料、浆料、酸碱、表面活性剂、纤维碎屑以及酶类等污染物，不仅降解困难、易产生二次污染、回收利用成本昂贵，还消耗大量的资源与能源。所以，在一定程度上实现印染污水的有效净化，将对资源利用和环境保护展现出巨大的经济效益。现今对印染污水的处理大多是以好氧或厌氧工艺的生物方法处理为主，混凝、电解和化学氧化等工艺处理为辅。但通过此类工艺处理纺织印染污水，其设备昂贵、工艺操作复杂，且污水最多只能达到低级排放标准。因此，人们急需找到一种可全面、高效处理印染污水的方式来解决印染污水处理的难题。而光催化技术作为一项绿色技术，具有安全高效、节约能源、适应范围广和氧化性强等优点，充分利用了紫外-可见光源来激发催化剂，驱动氧化-还原反应，可有效地降解有毒有害的气体和污水中难以降解的有机物。综上所述，本发明提供一种用于印染污水处理的二氧化钛/硫化镉/壳聚糖光催化剂的制备方法。
发明内容
本发明主要目的是提供一种成本低廉、绿色环保、性质稳定的高效二氧化钛/硫化镉/壳聚糖光催化剂的制备方法，这对于印染污水的处理具有十分重大的现实意义。
所述的一种用于印染污水处理的二氧化钛/硫化镉/壳聚糖光催化剂的制备方法，其技术方案包括以下步骤：
步骤1：将乙二醇和醋酸混合均匀，加入模板剂二乙烯三胺，在磁力搅拌下逐滴滴加四氯化钛,然后将其转移到反应釜中，在160-200℃下反应12-24h，待自然冷却后，将产物洗涤、干燥，既得到由纳米棒分级自组装的二氧化钛微球；
步骤2：将镉源与去离子水和少量稀硝酸混合，pH≤7时，即可配置成镉溶液，然后在磁力搅拌下加入硫代乙酰胺，匀速搅拌10min，加入步骤1所制备的二氧化钛微球，超声20min，再匀速搅拌10min，然后加入1mol/L的盐酸，调节pH至3-6，然后将其转移到反应釜中，在200℃下反应12-24h，将产物洗涤、离心、真空干燥，即得到二氧化钛/硫化镉复合物；
步骤3：将壳聚糖与2％浓度的醋酸液混合，配置成壳聚糖胶状液，加入步骤2所制备的二氧化钛/硫化隔复合物，混合均匀，超声20min，将产物洗涤、离心、真空干燥，然后转移到马弗炉中，在250-500℃下煅烧1-6h，即得到二氧化钛/硫化镉/壳聚糖复合材料。
作为上述技术方案的优选，本发明提供的一种用于污水处理的二氧化钛/硫化镉/壳聚糖光催化剂的制备方法进一步包括下列技术特征的部分或全部：
优选地，步骤1中所述的乙二醇、醋酸、二乙烯三胺和四氯化钛的体积比50:(1-5):(0.02-0.2):(1-5)。
优选地，步骤2中所述的镉源为氯化镉、硝酸镉四水合物、醋酸镉四水合物或硫酸镉八水合物的一种。
优选地，步骤2中所述的镉溶液浓度为(0.01-0.2)mol/L。
优选地，步骤2中所述的镉源、硫代乙酰胺和二氧化钛微球的摩尔比为(1-2):(1-2):(1-4)。
优选地，步骤3中所述的壳聚糖胶状液质量浓度为(0.01-0.04)g/mL。
优选地，步骤3中所述的壳聚糖胶状液和二氧化钛/硫化隔复合物的质量体积比为20mL:(0.4-2)g。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下有益效果：
(1)本发明所制备的二氧化钛/硫化镉/壳聚糖光催化剂是由二氧化钛、硫化镉和壳聚糖共同组成的复合材料。一方面，二氧化钛和硫化镉是十分具有发展前景的光催化剂，两者利用协同效应，增强了材料在紫外-可见光吸收范围内的光响应范围，有效的提高了光生电子-空穴对的分离效率。不仅可以利用电子和空穴获取的能量将大分子有机污染物直接分解，还可以利用光生空穴与水分子反应产生的羟基自由基来分解有机污染物。另一方面，壳聚糖结构中含有大量自由的羟基、氨基官能团，其与污水中的负电荷微粒结合，进一步通过络合及离子交换作用将印染污水中的有机染料、酶等难处理的大分子污染物降解，这对印染废水的处理起到了良好的水质净化作用。
(2)本发明制备的二氧化钛/硫化镉/壳聚糖光催化剂具有优异的光催化降解印染污水能力。印染污水经光催化处理后，其色度降解87-89％，浊度降解70％-83％，COD下降86％-88％，BOD下降77％-87％，达到了一级的排放标准，甚至还可以作为循环水参与部分工艺流程，实现资源的合理化利用。 （发明人 朱益军）