[发明专利]一种改性TiO2/CNTs复合催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种改性TiO₂/CNTs复合催化剂，还涉及上述改性复合催化剂的制备方法。

背景技术

近年来，随着各种工业废液排入水体，水体中重金属的含量越来越高，含有重金属离子的水由于长期停留与积累在环境中，通过食物链逐级富集，将会严重影响人类和其他生物的安全。另外，重金属急性中毒可使人呕吐、乏力、昏迷乃至死亡，慢性症状则是使人的免疫力长期低下，各种肿瘤、慢性病多发。其中Cr(VI)系常见水体重金属污染物，普遍存在于电镀、制革和印染废水中，具有较强的致癌性，最常用的处理Cr(VI)的方法是加一定量还原剂将Cr(VI)转化成Cr(III)，之后在碱性条件下形成Cr(OH)₃沉淀而去除，但这种方法需要消耗大量的还原剂且容易造成二次污染。

半导体光催化法能够把Cr(VI)还原成Cr(III)，是一种环境友好的处理方法。TiO₂由于其性质稳定、无毒、氧化还原能力强、无二次污染等优点，是目前公认的最佳光催化剂。将TiO₂负载于碳纳米管表面可以有效解决其在应用中的回收问题，且碳纳米管在催化过程中与TiO₂能起到协同效应，同时，碳纳米管具有种类丰富、表面性质可根据实际需要进行改性等优点。

光催化反应的过程主要发生在催化剂表面，因此光催化剂对于水体中污染物的富集能力将直接影响整个光催化反应的效率。对于TiO₂/CNTs复合催化剂而言，污染物首先吸附在CNTs表面，然后由于扩散作用迁移至TiO₂表面进行光催化反应。虽然CNTs具有大的比表面积，可以在一定程度上增强对污染物的富集能力，但由于CNTs呈现黑色，容易对光形成遮蔽作用，所以复合催化剂中CNTs的加入量不易过多，这就限制了其对水中污染物的富集效果，尤其对高浓度的重金属污染水体处理效果不佳，因此通过改性CNTs表面来提高复合催化剂对污染物的富集能力是提高催化剂活性的有效途径。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种对水体中Cr(VI)离子具有高吸附-光催化还原能力的改性TiO₂/CNTs复合催化剂。

本发明还要解决的技术问题是提供上述对水体中Cr(VI)离子具有高吸附-光催化还原能力的改性TiO₂/CNTs复合催化剂的制备方法。

本发明CNT_s是指碳纳米管。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种改性TiO₂/CNTs复合催化剂，其化学结构式为：

上述改性TiO₂/CNTs复合催化剂的制备方法：首先通过溶胶-热液法制备TiO₂/CNTs复合催化剂，将制备好的复合催化剂经硝酸氧化处理，经氧化后的TiO₂/CNTs在N，N-二环己基碳二亚胺作用下，与三乙烯四胺发生接枝反应，将三乙烯四胺改性后的TiO₂/CNTs与水杨醛反应得到本发明的改性复合催化剂TiO₂/CNTs-ATEMP，本发明的制备方法具体包括如下步骤：

步骤1，通过溶胶-热液法制备TiO₂/CNTs复合催化剂；

步骤2，将步骤1制得的TiO₂/CNTs复合催化剂进行氧化处理，并将处理后的TiO₂/CNTs复合催化剂洗涤、烘干；

步骤3，将步骤2处理后的产物加入到三乙烯四胺中，在脱水缩合剂的作用下TiO₂/CNTs复合催化剂与三乙烯四胺发生接枝反应，将反应后的产物洗涤烘干；

步骤4，按所需质量比将步骤3所得产物与水杨醛在无水乙醇中于一定温度下进行反应，将反应后的产物洗涤、烘干即可得改性的复合催化剂TiO₂/CNTs-ATEMP。