[发明专利]一种氧化锌纳米棒三元复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种氧化锌纳米棒三元复合材料及其制备方法和应用，制备方法包括以下步骤：获得生物炭：将柚皮的海绵状部去除，取柚子皮干燥、研磨成粉末后过筛，在保护气氛下碳化；然后将碳化产物浸入碱性溶液中，加热处理，冷却后洗涤、干燥，得到生物炭；制备复合材料：将所述生物炭分散在溶剂中，加入醋酸锌，碱性试剂和聚乙二醇和氧化石墨烯，混合均匀后，装入高压反应釜中，加热反应，冷却至室温，过滤、洗涤收集固体产物。本发明所述氧化锌纳米棒三元复合材料，对盐酸四环素具有良好的光催化效果，与盐酸四环四溶液混合，暗吸附40min后在75W汞灯下进行80min照射，四环素降解效率达到99.24％，为四环素废水降解提供新途径与新方法。

技术领域

本发明涉及生物炭功能材料和抗生素的处理技术，尤其是一种氧化锌纳米棒三元复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

抗生素是生物生命过程中产生的次级代谢产物。它们广泛用于治疗人类和动物疾病，因为它们干扰生物细胞的发育。中国是最早使用四环素的国家，其中盐酸四环素(TC-H)是最常用的抗生素。水中的TC-H很难自然分解，对人体健康有害。此外，它将增加细菌耐药性，并大大降低四环素的作用。因此，有效的四环素的管理一直是一个亟待解决的问题。近几十年来，高级氧化技术在抗生素废水处理方面取得了显著的进步。光催化技术因具有清洁、高效的特点被广泛研究。其中，氧化锌是运用较广的光催化剂。

生物炭是一种在无氧气氛下由生物质热解而得的材料。生物质可以来自各种材料，如植物、木材、农业废物、食品废物等。将ZnO与生物炭材料结合也能有效提高其光催化性能，因为生物炭材料具有特殊的孔结构、高比表面积和吸附能力。生物炭材料复合ZnO，能够利用其附性能与ZnO光催化的协同作用增强光催化活性。同时利用碳材料的导电性，可以使ZnO的带隙能变小，促使光生电子-空穴对快速分离，从而增强碳基ZnO复合材料的光催化活性。

专利申请CN 111974374 A公开了一种生物炭修饰纳米ZnO复合粉体的制备方法，其将生物炭与锌盐的混合溶液，在碱性条件下，进行温度为100-160℃的水热反应得到生物炭修饰纳米ZnO复合光催化剂。该生物炭修饰纳米ZnO复合光催化剂，比表面积大，吸附能力强，对可见光响应，在紫外-可见光下100min降解亚甲基蓝(MB)污染物效率达到98.71％。含亚甲基蓝废水属染料废水，目前染料废水处理工艺已相对成熟，有生物法、化学混凝法、吸附法和氧化法等多种方法，其中生物法处理效果好且成本更低。而含盐酸四环四废水属于抗生素废水，现存生物法、吸附法等方法存在可生化性差或成本较高等缺点，而光催化氧化法在处理抗生素废水时具有高效、绿色环保的优点，故开发新型能高效降解抗生素的光催化剂尤为必要。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有的含盐酸四环素的废水处理效果有限的问题，提供一种氧化锌纳米棒三元复合材料的制备方法。现有的氧化锌光催化剂一般为纳米微球，其光响应特性差，本发明所述方法，以醋酸锌作为ZnO晶体生成原材料，并通过控制醋酸锌与氢氧化钠的摩尔比，制备得到的ZnO纳米棒相比纳米微球具有更好的光响应特性。

在此基础上，发明人利用柚子皮廉价易得且材料疏松多孔的特点，将柚子皮加工得到的生物炭与ZnO纳米棒复合，从而达到提高材料吸附性能、促进光催化反应过程中电子-空穴对的分离，以达到提高光催化降解目标污染物效果的目的。为了降低光反应带隙，拓宽材料光响应区间，发明人引入氧化石墨烯，并在高温高压水热条件下与ZnO纳米棒和生物炭同步复合，获得三元复合材料，对盐酸四环素废水降解效率高，复用性好，具有较好的应用效果。

具体方案如下：

一种氧化锌纳米棒三元复合材料的制备方法，包括以下步骤：

获得生物炭：将柚皮的海绵状部去除，取柚子皮干燥、研磨成粉末后过筛，在保护气氛下碳化；然后将碳化产物浸入碱性溶液中，加热处理，冷却后洗涤、干燥，得到生物炭；