[发明专利]一种菌渣活性炭负载TiO2的复合光催化剂及其应用

说明书

技术领域

本发明属于光催化材料领域，具体涉及一种菌渣活性炭负载TiO₂的复合光催化剂及其应用。

背景技术

近年来，我国雾霾天气频发，以臭氧、细颗粒物（PM2.5）、酸雨为特征的区域性大气复合污染问题日益突出。挥发性有机物（VOCs）作为PM2.5形成的一种重要的前体物，受到国内外普遍关注。挥发性有机物来源广泛，主要来源于石油化工、制药、印刷、造纸、涂料装饰、表面防腐、交通运输、金属电镀和纺织等行业排放的废气，包括各种烃类、卤代烃类、醇类、酮类、醛类、醚类、酸类和胺类等。这些污染物的排放不仅造成了资源的极大浪费，且严重污染了环境。

目前，国内外净化VOCs气体传统的方法主要有：冷凝法、吸收法、吸附法、生物法和燃烧法等，先进的方法有光催化法、等离子体、微波法和电子束辐照法等。单一技术在实际应用中普遍存在净化效率低、适用性差、易产生二次污染等缺点，难以满足日益提高的环保标准。光催化氧化技术是近三十年发展起来且望成为21世纪环境污染控制与治理的理想技术，且在处理气相有机污染物方面表现出优异的性能。作为光催化剂之一的纳米TiO₂由于具有稳定性好、光催化活性高、价廉以及对人体基本无毒等优点，受到国内外科研及工程应用者的广泛关注。然而，纯TiO₂在实际应用过程中存在易失活、难以回收和低利用率等缺点。为了改善纳米TiO₂在实际应用中的局限性，国内外学者往往将纳米TiO₂负载于多孔性载体上制得复合光催化材料。活性炭作为一种性质优良的吸附剂，具有独特的孔隙结构和表面活性官能团，被广泛地用作TiO₂的载体。然而，目前市售的高效活性炭主要由煤、木材、石油原料和各种果壳(核)等高含碳物质制得，生产成本较高，广泛应用性受到限制。因此，寻求低成本、高效的活性炭新技术成为国内外研究者的研究热点。

目前，我国抗生素产量和出口量均居世界前列，由此产生的菌渣量也逐年增加。从2002年开始，我国明令禁止将抗生素菌渣用作饲料或饲料添加剂。未经处理的菌渣不仅占用大量的土地，而且会对大气、水、土壤、地下水等造成环境危害，影响人类健康。目前国内外有学者采用抗生素菌渣制备活性炭，与商品活性炭相比，菌渣炭吸附剂不仅具有活性炭性质，而且成本低廉。但目前尚没有有关以菌渣活性炭为光催化剂载体的研究报道。但单纯将TiO₂负载于菌渣活性炭上，负载的TiO₂对原有菌渣活性炭的比表面积影响较大，且在其表面上分布不均匀，从而影响复合材料光催化净化VOCs的效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种利用菌渣活性炭的、TiO₂负载均匀、净化效率高的复合光催化剂，本发明同时提供该复合光催化剂的应用。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是，一种菌渣活性炭负载TiO₂的复合光催化剂，菌渣经活化剂浸渍处理。

进一步的，采用如下步骤制备：

a.将菌渣用化学活化剂的溶液浸渍后沥干，干燥，优选浸渍24h，优选105℃下干燥1-3h；

b.将冰醋酸、钛酸丁酯和无水乙醇按照体积比1:4:4-1:4:10配制成溶液，搅拌10 min -30min，得到溶液A；

将无水乙醇和蒸馏水按照体积比5:1-20:1配制成一定量溶液，并用酸调节溶液pH值至1-4，得到溶液B；

将溶液B按照体积比1:1-5:1滴入溶液A，并继续搅拌直至成为凝胶，将溶液B按照体积比1:1-5:1滴入溶液A，并继续搅拌直至成为凝胶，按照固液比1g:100mL-5g:100mL向凝胶内加入步骤a所得的经活化剂浸渍处理后的菌渣，然后在120℃烘箱内烘至干燥，接着将干燥后的溶胶转移至马弗炉中进行煅烧，控制温度在450℃-800℃，煅烧2-4h；冷却后取出，用蒸馏水洗涤、抽滤、烘干，得到菌渣活性炭负载TiO₂复合光催化材料。

进一步的，所述化学活化剂为ZnCl₂、KOH、K₂CO₃、H₂SO₄或H₃PO₄，化学活化剂的质量浓度为20-45%，步骤a菌渣与化学活化剂溶液按照固液比1:1 -1:7（g: mL）混合。

进一步的，步骤a所述菌渣抗生素生产产生的菌渣，优选林可霉素菌渣或庆大霉素菌渣。