[发明专利]一种生物炭负载TiO2复合材料及其制备方法与用途

说明书

本发明涉及一种生物炭负载TiO₂复合材料的制备方法与用途，该复合材料以生物炭为基体，基体表面负载焙烧的TiO₂。制备的具体步骤为：制备的顺序是先将生物质粉末浸入到钛酸四正丁酯和无水乙醇水溶液中，再制备含生物质的凝胶，最后通过管式气氛炉在N₂氛围下将凝胶热解得到所述产品。本发明的生物炭负载TiO₂复合材料的制备过程中，生物质的热解和TiO₂的焙烧在同一个热处理过程中进行，缩减了制备费用和时间。该产品对废水中的染料具有良好的降解效果。

技术领域

本发明属于环境功能材料和水处理新技术领域，具体涉及一种生物炭负载TiO₂复合材料的制备方法与用途。

背景技术

工业染料废水向水体的排放对环境生态系统的危害巨大。随着工业的迅速发展，大量的染料污染物排放到水体中，这些污染物数量庞大、降解速率慢、并对人类和动物具有毒性或致癌的作用。因此探索一种经济高效的用于工业废水排放前的脱色处理的技术非常必要。一般的染料废水处理方法有吸附、光催化降解、生物降解和膜过滤等。其中，光催化技术设备简单、易于操作、无二次污染、应用范围广，在实际的废水治理中已有应用。TiO₂作为常用光催化材料，具有制备工艺简单、原材料低廉易得和无毒无害等优点，但粉末状TiO₂在废水处理中存在分离和回收困难等问题。因此，研究开发新型负载TiO₂高效的复合材料，已经成为TiO₂用于水处理的发展和应用中的一个关键性科学技术问题。

TiO₂是一类具有强氧化性和还原性的新型无机功能材料，它对废水中的有机物具有较好的去除能力。但在实际废水处理中存在分离和回收困难的问题，因而固定化光催化剂的研究备受到关注。生物炭是农业废弃物、固体废物、污泥等生物质在无氧或缺氧的条件下热解产生的含碳量较高的固体材料。生物炭稳定性高、比表面积大、孔隙结构好和官能团结构丰富。因此，生物炭具有良好的催化剂载体的潜力。通过适当的方法将TiO₂组装在生物炭的表面，制成生物炭负载TiO₂复合材料，能够增强富集目标污染物，捕获中间产物能力，还可以抑制水蒸汽对光催化的影响，提高TiO₂对染料污染物的降解能力，同时与载体的结合还有助于光催化剂的有效分离与回收。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的技术问题，开发一种低价、高效的可用于光催化处理染料污染物的生物炭负载TiO₂复合材料。

本发明提出的一种生物炭负载TiO₂复合材料的制备方法，是将生物炭对TiO₂进行功能化处理，这样制备的光催化剂可通过TiO₂组装在生物炭表面，增加TiO₂表面的吸附位点数量，具体步骤如下：

(1)将生物质原材料用去离子水清洗，然后在80℃下烘干24小时，将烘干后的生物质粉碎，并过2mm筛得到生物质粉末；

(2)；将10mL钛酸四正丁酯缓慢加入到15ml无水乙醇中，混合液以200转/分钟的速度在恒温磁力搅拌器上搅拌20min形成黄色澄清溶液；加入2g步骤(1)得到的生物质粉末搅拌30min，得到悬液A。

(3)将5ml冰乙酸和5mL去离子水与5mL无水乙醇混合，混合液以200转/分钟的速度在恒温磁力搅拌器上搅拌10分钟，得到溶液B。

(4)在室温下将溶液B逐滴(速率在2滴/秒左右)加入步骤(1)得到的溶液A中，滴加结束后再持续利用恒温磁力搅拌器进行剧烈搅拌，使其酞酸四正丁酯水解。搅拌约20分钟，就可得到黄色的溶胶；将得到的溶胶在40℃老化2小时后，得到凝胶；然后再在80℃下烘干24小时，得到黄色晶体；