[发明专利]一种过渡金属离子印迹负载型M-POPD-TiO2-漂珠复合光催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于光催化剂制备技术领域，涉及溶胶-凝胶-光引发聚合印迹的方法，特别涉及一种过渡金属离子印迹负载型M-POPD-TiO₂-漂珠复合光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，水环境中不断探测到药物化合物（包括抗生素）的存在，地表水、地下水、污水甚至是饮用水里都能发现这些化合物的存在。在所有引起环境污染的药物化合物中，抗生素由于其在兽医学和人类医学中的高消费率而占有重要地位。绝大部分抗生素不能完全被机体吸收，约有90%的抗生素以原形或者代谢物形式经由病人和畜禽的粪、尿排入环境。环境中的残留抗生素会诱导产生耐药性细菌，影响环境中的微生物，从而破坏生态系统的平衡，也会影响植物的生长发育，甚至影响到人类健康，所以合理处理生活废水中的抗生素医药废水是比较重要的一个环节。

目前，光催化技术已广泛应用研究于环境中的废水处理的技术。人们对半导体及复合半导体进行改性来处理环境污染取得很好的效果，特别是对二氧化钛（TiO₂）的改性都在很大程度上提高了其催化活性，解决了仅局限于紫外光区的光降解活性，使其在可见光（太阳光）下能够有效的处理生活中的废水、废气等污染物。

导电聚合物具有不同的结构，特殊的掺杂机制，优良的环境稳定性，易于制备以及高导电性。利用导电聚合物修饰TiO₂，修饰后的TiO₂在可见光下的光催化活性有所提高，这是由于导电聚合物对可见光的吸收以及可作光生电荷分离的有效载体。掺杂金属离子可改变TiO₂禁带宽度和减少电子—空穴的复合，这有助于改善其对可见光的吸收,抑制光生载流子的复合,提高光催化反应的量子产率,对降解有机污染物的效率有明显的提高。

分子印迹技术是利用模板分子与单体之间的共价或非共价作用，通过交联聚合及洗脱来制备具有特异结构、对模板分子的亲和吸附性和可识别性聚合物的技术。因此，发明人引入了离子印迹技术，将选定的过渡金属离子通过离子印迹技术将其固载在催化剂表面而不用洗脱，从而在催化剂表面形成一个循环体系，加速电荷转移，使其达到协同或促进光催化降解环境中的有机污染物的目的。

发明内容

一种过渡金属离子印迹负载型M-POPD-TiO₂-漂珠复合光催化剂的制备方法，是在粉煤灰经活化后的漂珠表面包覆二氧化钛制得TiO₂-漂珠负载型光催化剂，再利用离子印迹技术将过渡金属离子固载在催化剂表面。

本发明所述的活化的漂珠是将粉煤灰微珠通过水浮选得到的漂珠，按照惯常工序经漂洗、酸化、焙烧等处理得到。

本发明所述的TiO₂-漂珠负载型光催化剂的制备包括如下步骤：

步骤A、将钛酸四丁酯与无水乙醇混合并分散均匀，其中钛酸四丁酯与无水乙醇体积比为1：4；

步骤B、向上述体系中逐滴加入由浓盐酸、蒸馏水和无水乙醇组成的混合液，搅拌至溶胶状，制得二氧化钛溶胶，其中浓盐酸：蒸馏水：无水乙醇的体积比为1:15:180，所述盐酸浓度为36~38%；

步骤C、将上述步骤制得的活化的漂珠加入步骤B制得的二氧化钛溶胶中，搅拌至凝胶状，室温下陈化；

步骤D、在空气氛围中以400~600℃煅烧4h，自然冷却至室温。

本发明所述的利用离子印迹技术将过渡金属离子固载在催化剂表面包括如下步骤：

步骤Ａ、将上述步骤制得的TiO₂-漂珠负载型光催化剂加入到含邻苯二胺和过渡金属硝酸盐的蒸馏水溶液中，并用浓盐酸调整溶液pH值为2~6，其中所述的TiO₂-漂珠负载型光催化剂：蒸馏水: 邻苯二胺：过渡金属硝酸盐的比例为1ｇ：40~100mL ：0.0025~0.3g:0~0.02g，其中所述浓盐酸浓度为36~38%；

步骤B、将步骤A的混合溶液超声分散后，无光静置24h；

步骤C、在紫外光条件下光照反应0~60min后回收过滤固体颗粒，其中所述紫外光300W,λ<420nm；

步骤D、用0.04mol/L的Na₂CO₃溶液和去离子水将固体颗粒洗至中性，并用无水乙醇淋洗；

步骤E、将步骤D所得固体颗粒置于60℃的真空干燥箱中烘干。