[发明专利]一种二氧化钛复合光催化剂及其制备与应用方法

说明书

本发明公开了一种新型二氧化钛复合光催化剂及其制备与应用方法。其中所述制备方法包括：通过表面定殖微生物膜的二氧化钛粉末和/或颗粒对金属离子进行吸附，获得复合前驱体；对该复合前驱体与氯化锌或碱金属氧化物在保护性气氛下进行热化学反应，得到所述复合光催化剂，该催化剂具有稳定、高效的光催化能力。

技术领域

本发明涉及二氧化钛微孔负载金属离子复合光催化材料的技术领域。

背景技术

近年来，随着石油化工、煤化工、印染、制药等行业的迅猛发展，我国废水排放总量2015年为466.62亿吨，2018年突破500亿吨，2019年增至554.65亿吨，同比增长6.4％，其中高浓度、难降解、高毒性的有机废水占45.5％。此类有机废水难以通过常规处理达到排放或者回用标准，因此造成了环境中可持续有机污染物的不断增加与水资源的浪费。众多废水处理工艺中光催化氧化技术因其氧化性强、反应条件温和、清洁高效，处理量大等优势具有广阔的应用前景。其中单独TiO₂作为光催化剂被广泛的研究，然而TiO₂对可见光利用率低，同时TiO₂受光激发产生的光生电子-空穴对很容易发生复合，导致TiO₂的光催化效率低，此外TiO₂掺杂其他金属制备复合光催化剂虽然可一定程度提高二氧化钛对可见光的利用效率，但因TiO₂难以和其他金属及其氧化物形成紧密结合，导致复合催化剂仍难以稳定高效地发挥作用，以上各因素均影响了它的进一步产业化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型二氧化钛复合光催化剂，该光催化剂的结构中存在微生物挂膜修饰的二氧化钛载体及嵌入载体微孔中的金属粒子和其氧化物，具有稳定、高效的光催化能力。

本发明的目的还在于提出该催化剂的制备与应用方法。

本发明首先提供了如下的技术方案：

一种新型二氧化钛复合光催化剂的制备方法，其包括：

获得表面定殖有活性微生物膜的二氧化钛粉末和/或颗粒，作为基础前驱体；

通过所述基础前驱体对金属离子的吸附，获得复合前驱体；

通过对所述复合前驱体与氯化锌或碱金属氢氧化物在保护性气氛下进行的热化学反应，获得所述复合光催化剂。

在上述方案中，本发明利用微生物在二氧化钛表面形成生物膜作为前驱材料，利用微生物及其代谢产物中丰富的金属结合基团，如羟基、羧基、胺基等，强化前驱材料对金属离子的吸附，其后通过碱金属氧化物和/或氯化锌对复合前驱体的激活造孔作用，最终得到通过微生物挂膜修饰的载体与其负载的金属离子协同作用的多孔光催化剂的新方法。

上述方案中，所述氯化锌与所述复合前驱体进行反应时，氯化锌分子浸到复合前驱体的碳的内部形成骨架作用，碳的高聚物碳化后沉积到骨架上，反应后氯化锌等杂质吸取后，其原来占据的位置出现细孔，形成了具有巨大表面的多孔结构活性炭。

所述碱金属氢氧化物与所述复合前驱体进行反应时，碱金属氢氧化物可使碳烧失一部分，并通过生成单质金属在石墨层片中的插层作用，形成活性炭孔隙结构。

根据本发明的一些优选实施方式，所述的微生物选自大肠杆菌、酵母菌、枯草芽孢杆菌中的一种或多种。

根据本发明的一些优选实施方式，所述金属离子选自铁、钴、镍、铈、铜、锰、铝离子中的一种或多种。

根据本发明的一些优选实施方式，所述碱金属氢氧化物选自KOH和/或NaOH。

根据本发明的一些优选实施方式，所述基础前驱体通过将所述二氧化钛粉末和/或颗粒与所述微生物加入培养基后进行的共培养得到。

根据本发明的一些优选实施方式，所述培养基为中性的LB培养基和/或YPD培养基。