[发明专利]含催化剂水凝胶球、其制备方法及其在光催化处理有机污染物方面的应用

说明书

本发明公开了一种含催化剂水凝胶球、其制备方法及其在光催化处理有机污染物方面的应用，属于光催化技术领域。包括向醋酸溶液中加入壳聚糖，得到壳聚糖溶液；将海藻酸钠加入超轻水中，再加入戊二醛溶液，得到海藻酸钠戊二醛溶液；将明胶与石墨烯、催化剂一起加入超轻水中，加热溶解，得到催化剂石墨烯明胶溶液；将壳聚糖溶液与催化剂石墨烯明胶溶液混合后，逐滴加入海藻酸钠戊二醛溶液中，待其成型后，得到含催化剂水凝胶球。本发明应用于光催化降解有机物，解决现有催化剂降解效率低，适用pH范围窄，不易回收，体系抗干扰能力差的问题，具有可拓宽适用pH范围、增加体系抗干扰能力、提升催化剂对可见光的吸收能力、增加催化剂回收利用的特点。

技术领域

本发明属于光催化技术领域，尤其涉及一种含催化剂水凝胶球、其制备方法及其在光催化处理有机污染物方面的应用。

背景技术

高级氧化技术(Advanced Oxidation Process，AOPs)主要是利用氧化剂来产生高活性的羟基自由基(OH·)，该自由基具有极强的氧化性，能够通过自由基链式反应来降解水中的有机污染物。与传统的处理方法相比，AOPs能够大幅提升反应速率并且较为彻底的将污染物氧化分解。但是该方法也存在许多弊端，例如反应pH范围要求苛刻(3.5-4.5)、淬灭反应过多、氧化剂H₂O₂呈液体状不易储存运输等。为了解决上述问题，陆续开发出了光催化氧化法，臭氧氧化法，电催化氧化法，湿式空气氧化法，超临界水氧化法等AOPs，为解决水体污染问题做出了重大贡献。其中，光催化氧化法由于其具有常温常压、耗能低、操作简便等优点而备受人们青睐。然而，目前常见的光催化剂只能够吸收紫外光而无法利用可见光，紫外光的使用会耗费大量能量，不利于节约资源。

具有萤石结构的CeO₂及其化合物因其作为催化剂、氧传感器、紫外线阻滞剂、抛光粉等广泛应用而备受关注。Fallah等人的研究表明，CeO₂可以在近紫外-可见光照射下被光活化，但CeO₂的禁带宽度较宽，为3.2eV，因此它在紫外光区域有很强的吸收，而可见光区域的吸收强度相对较低。为了提高CeO₂在可见光或太阳光照射下的光催化活性，通常在CeO₂中掺杂其他金属氧化物如Fe、Cu等，但是并未取得较好的效果。镨(Pr)与Ce同为镧系元素且二者原子序数相邻，具有相似的原子半径，因此Pr有望能够代替Ce进入CeO₂的晶格中而不会改变CeO₂的晶型。此外，由于Pr具有特殊的f、d轨道，因此Pr的掺杂会提供中间能级，将CeO₂的禁带宽度降至2.2eV，极大的提高其可见光吸收能力。Hao等人制备了Pr掺杂的CeO₂，与H₂O₂一起用于在太阳光照射下降解罗丹明。在这项研究中，成功合成了具有有序二维六方结构的Pr(Ce，PrO)掺杂介孔氧化铈。结果表明，介孔Ce-Pr-O具有良好的可见光吸收能力和大量的氧空位。由于氧空位的形成，H₂O₂的吸附量大大增加，这更加有利于H₂O₂分解产生OH·，能够对污染物的降解产生进一步的促进作用。

然而，上述催化剂仍然存在对有机污染物的降解效率较低，并且适用pH范围窄，不易回收，体系抗干扰能力差等问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足之处，本发明所要解决的主要问题是克服现有催化剂存在对有机污染物的降解效率较低，并且适用pH范围窄，不易回收，体系抗干扰能力差的问题，提出一种具有可拓宽适用pH范围、增加体系的抗干扰能力、进一步提升催化剂对可见光的吸收能力、增加催化剂回收利用能力的含催化剂水凝胶球、其制备方法及其在光催化处理有机污染物方面的应用。

为解决所述技术问题，本发明采用的技术方案为：

本发明一方面提出一种含催化剂水凝胶球的制备方法，包括

配制壳聚糖溶液，包括向醋酸溶液中加入壳聚糖，得到所述壳聚糖溶液；