[发明专利]一种花状Fe掺杂TiO2

说明书

本发明涉及染料废水治理技术领域，且公开了一种花状Fe掺杂TiO₂负载多孔碳的复合材料，Fe掺杂可以产生杂质能级，使花状Fe掺杂TiO₂在可见光向也具有良好的吸收，聚多巴胺作为碳源，以功能化助剂尿素作为氮源，碳酸氢钾作为致孔剂，通过高温炭化和制孔活化，得到花状Fe掺杂TiO₂负载多孔碳，而尿素作为氮源得到氮掺杂碳材料，氮掺杂产生大量的活性含氮官能团，对亚甲基蓝等染料污染物具有良好的路易斯酸碱作用和π‑π键相互作用，起到良好的吸附作用，并且与多孔碳基体中的花状Fe掺杂纳米TiO₂充分接触，更有利于被光辐射产生光生载流子和羟基自由基等活性成分所降解，从而起到吸附‑光催化降解的双功能。

技术领域

本发明涉及染料废水治理技术领域，具体为一种花状Fe掺杂TiO2负载多孔碳的复合材料的制法及应用。

背景技术

近年来随着我国的染色，印花等印染行业的快速发展，在加工棉、麻、化学纤维等印染和毛织染整排出的有机染料废水也越来越多，主要包括亚甲基蓝、龙胆紫等，具有成分复杂、降解困难、污染严重等特点，目前对于有机染料废水的处理方法主要有吸附法、化学法、生物法等。

吸附材料主要有聚丙烯酰胺、活性炭等，其中多孔碳材料具有丰富的孔孔道结构、吸附性能强、机械强度大、耐磨性能高、循环使用性能好，在吸附气体、液体或胶态固体等方面具有广泛的应用，但是传统的多孔碳材料对亚甲基蓝等有机污染物的吸附性能有限，很难完全除去污染物，光催化降解是一种高效水处理方法，而纳米二氧化钛是最常见的半导体光催化材料，无毒、无污染、光化学活性高，当光辐射在二氧化钛表面时，可以产生大量的光生载流子，进一步生成羟基自由基等活性自由基，可以亚甲基蓝等有机污染物氧化成无毒的小分子，起到高效的光催化降解过程，但是传统的纳米二氧化钛只能在紫外光下具有光催化活性，对光能的利用率不高，限制了纳米二氧化钛的实际应用。

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种花状Fe掺杂TiO2负载多孔碳的复合材料的制法及应用，解决了单一的多孔碳材料或者纳米二氧化钛对亚甲基蓝等染料废水的处理能力不高的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种花状Fe掺杂TiO₂负载多孔碳的复合材料，所述花状Fe掺杂TiO₂负载多孔碳的复合材料的制法包括以下步骤：

(1)向烧瓶中加入蒸馏水溶剂，加入聚多巴胺纳米粒子、硫酸氧钛、氯化铁和功能化助剂，超声分散并搅拌均匀，将溶液倒入反应釜中，进行水热反应，冷却后将溶液真空干燥，得到尿素-聚多巴胺螯合Fe掺杂TiO₂复合纳米材料。

(2)将尿素-聚多巴胺螯合Fe掺杂TiO₂复合纳米材料置于气氛管式炉中进行碳化处理，得到Fe掺杂纳米TiO₂修饰碳复合材料。

(3)将Fe掺杂纳米TiO₂修饰氮掺杂碳复合材料和致孔剂研磨均匀，置于气氛管式炉中进行制孔处理，得到花状Fe掺杂TiO₂负载多孔碳的复合材料。

优选的，所述步骤(1)中的功能化助剂为尿素。

优选的，所述步骤(1)中的水热反应的温度为160-180℃，反应3-6h。

优选的，所述聚多巴胺纳米粒子、硫酸氧钛、氯化铁和尿素的质量比为120-300:100:2-4:6-15。

优选的，所述步骤(2)中的碳化在氮气气氛中进行，碳化温度为550-600℃，碳化时间为1-2h。

优选的，所述步骤(3)中的致孔剂为碳酸氢钾，与Fe掺杂纳米TiO₂修饰氮掺杂碳复合材料的质量比为200-500:100。