一种降解罗丹明B的光催化复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种降解罗丹明B的光催化复合材料，以磁性Fe3O4颗粒为基体，将磁性技术与高吸附、活性强的壳聚糖(CS)结合，在基体表面包覆壳聚糖得到载体磁性壳聚糖微球，壳聚糖表面富含氨基和羟基，具有较强配位能力，利用氨基和羟基负载Al

【技术实现步骤摘要】
一种降解罗丹明B的光催化复合材料及其制备方法和应用
本专利技术属于环境功能材料和有色废水处理光催化
，特别涉及一种降解罗丹明B的光催化复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
随着现代工业的快速发展，水污染因对人类健康和环境有着多方面有害影响，是世界范围内亟待解决的问题。有色废水是工业园区主要污染物，一方面有色废水严重影响视觉美观，另一方面其可减少阳光在水体的渗透力，破坏水生植物光合作用，此外有色废水的沉积和厌氧分解可能产生有害二次污染物，造成水体和土壤污染。有色废水主要来源于纺织、化妆品、皮革、造纸等许多行业，含有很多难以降解的有毒污染物，具组分复杂、浓度高、色度深等特点。其中罗丹明B是有色废水中最具代表性的污染物，难降解、易累积，可致畸、致癌，对人类健康和生态系统构成了严重威胁。目前含罗丹明B废水的处理方法主要包括吸附法、芬顿反应法、臭氧氧化法、电催化氧化法等，这些方法或因处理费用高或因易产生二次污染而难以广泛应用。近年来，光催化技术研究发展十分迅速，具无毒、安全、稳定性好、催化活性高、见效快、能耗低及可重复使用等优点，因此开发新型高活性、高吸附量、廉价且可重复使用的光催化剂成为了降解罗丹明B废水的关键。壳聚糖作为一种来源极其丰富的生物高分子材料，因其分子链上含有大量的氨基和羟基，易被化学修饰和改性，具备很好的生物相容性、降解性和化学反应活性，是一种优良的还原剂、螯合剂和稳定剂。根据壳聚糖这一特性，已被广泛应用于制备贵金属纳米催化剂(CN102552157A，CN105973964A)，为降低制备成本，选用毒性低，资源丰富，价格低廉的铝催化还原罗丹明B。将壳聚糖与磁技术相结合，制得磁性壳聚糖，不仅具有较好的机械性能和稳定性，且在外加磁场作用下，易于分离、回收，是一种良好的载体多功能材料。故以磁性Fe3O4颗粒为基体，在基体表面包覆壳聚糖制得载体磁性壳聚糖微球，利用壳聚糖表面富含氨基和羟基，具有较强配位能力，负载Al3+离子，再经NaBH4还原制备。由于复合材料多种元素之间的协同效应，性能上取长补短，在有色废水降解领域中将具有广泛应用前景。
技术实现思路
为解决现有技术中的问题，本专利技术提供一种降解罗丹明B的光催化复合材料及其制备方法和应用，该磁性壳聚糖光载Al光催化复合材料的催化活性高、易分离回收、制取成本低、实验流程简单、可用于催化降解有色废水中罗丹明B。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种降解罗丹明B的光催化复合材料的制备方法，以磁性Fe3O4颗粒为基体，在基体表面包覆一层壳聚糖得到载体磁性壳聚糖微球，壳聚糖表面富含氨基和羟基，具有较强配位能力，利用氨基和羟基负载Al3+离子，再经NaBH4还原成金属纳米颗粒Al得到一种催化活性强、易从水体分离回收、无二次污染的光催化复合材料以达到理想降解有色废水中罗丹明B的效果。一种降解罗丹明B的光催化复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1、制备基体磁性Fe3O4颗粒：取体积相同，物质的量浓度比为(1～3):1的FeCl3·6H2O溶液和FeCl2·4H2O溶液混合，在氮气保护、机械搅拌、恒温水浴下，向混合溶液中滴加氨水，继续搅拌，磁性分离干燥后得到磁性Fe3O4颗粒；S2、制备载体磁性壳聚糖微球：将壳聚糖溶解于乙酸溶液得到溶液A，将磁性Fe3O4颗粒分散于去离子水中得到悬浮液B，经超声、搅拌将溶液A和悬浮液B混合均匀，磁性分离干燥后得到磁性壳聚糖微球；S3、制备磁性壳聚糖载Al光催化复合材料：将磁性壳聚糖微球添加到Al(NO3)3硝酸溶液中，恒温水浴下搅拌混合，向混合溶液中滴加NaBH4溶液使溶液的pH值至9.0～10.0，停止滴加NaBH4溶液继续搅拌，冷却磁性分离干燥研磨得到磁性壳聚糖载Al光催化复合材料。所述步骤S1中，所述FeCl3·6H2O溶液物质的量浓度为0.01～0.03mol/L，所述FeCl2·4H2O溶液物质的量浓度为0.01mol/L，所述FeCl3·6H2O溶液和FeCl2·4H2O溶液的体积均为5～10mL，所述氨水物质的量浓度为1mol/L，氨水滴加量至混合溶液pH值为10，停止滴加氨水继续反应1h；随后将混合溶液磁性分离过滤，去离子水和无水乙醇洗涤至滤液pH值为中性，将滤饼放入50℃真空干燥箱干燥8h，取出得到黑色Fe3O4颗粒，研磨成粉以保存备用。进一步的，所述步骤S1中，恒温水浴温度为50～70℃，机械搅拌速率为200rpm。进一步的，所述步骤S2中，溶液A的配制方法为：称取0.8～1.2g壳聚糖溶于80～100mL质量分数为1～3％的乙酸溶液中；悬浮液B的配制方法为：称取0.8～1.2g磁性Fe3O4颗粒分散于100～120mL去离子水中。进一步的，所述步骤S2中，首先将悬浮液B在40KHz下超声处理30min，然后将溶液A和悬浮液B混合后，40KHz超声下处理20min，再于200rpm搅拌速率下搅拌1h；磁性分离，经去离子水和无水乙醇多次洗涤，放入100℃真空干燥箱干燥8h，制得磁性壳聚糖微球。进一步的，所述步骤S3中，称取0.60～0.80gAl(NO3)3·9H2O置于250mL烧杯中，滴加浓度为1～3％的硝酸使溶质Al(NO3)3·9H2O完全溶解，将其转移至100mL容量瓶中，去离子水定容；称取磁性壳聚糖微球0.15～0.45g，加入到50mL上述已定容的Al(NO3)3硝酸溶液中，40KHz超声处理30min；于恒温水浴90℃200rpm机械搅拌1.5h，随后利用蠕动泵以5mL/min的速率滴加浓度为1mol/LNaBH4溶液，检测混合溶液的pH值变化，至pH值为9.0～10.0则停止滴加NaBH4溶液，持续200rpm搅拌1h，磁性分离，经去离子水和无水乙醇多次洗涤至滤液pH值为中性，放入60℃真空干燥箱干燥8h，研磨得到磁性壳聚糖载Al光催化复合材料。一种根据上述制备方法制得的光催化复合材料。一种根据上述制备方法制得的光催化复合材料用于降解罗丹明B，包括以下步骤：配制质量浓度为5～25g/mL的罗丹明B溶液，将15～45mg磁性壳聚糖载Al光催化复合材料添加到30mL罗丹明B溶液中，加入1～3滴0.25g/LNaBH4溶液作为还原剂，常温下避光，转速300rpm搅拌30min，使解析和吸附达到平衡后，使用350W氙灯，带有一个λ＞400nm的滤波片作为可见光光源，光催化降解反应30～180min，每隔30min取样3mL，以6000rpm速率离心3min后，用lambda950紫外可见近红外分光光度计测定溶液在200～700nm范围内的吸光度，计算磁性壳聚糖载Al光催化复合材料催化降解罗丹明B的降解率，反应结束后利用外加磁场对磁性壳聚糖载Al光催化复合材料进行固液分离，完成磁性壳聚糖载Al光催化复合材料对有色废水中罗丹明B的催化降解。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1、壳聚糖来源丰富，其分子链上富含氨基和羟基，对金属离子有很好的还原性和稳定性，是一种优良的载体材料。壳聚糖负载金属纳米铝光催化复合材料，具有较高的催化活性和选择性；壳聚糖与磁技术相结合，制得的磁性壳聚糖微球，不仅具有较好的机械性能和稳定性，且在外加磁场作用下，易于分离、回收。2、作为一种新型复合材料，性能上除保留复合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种降解罗丹明B的光催化复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、制备基体磁性Fe3O4颗粒：取体积相同，物质的量浓度比为(1~3):1的FeCl3⋅6H2O溶液和FeCl2⋅4H2O溶液混合，在氮气保护、机械搅拌、恒温水浴下，向混合溶液中滴加氨水，继续搅拌，磁性分离干燥后得到磁性Fe3O4颗粒；S2、制备载体磁性壳聚糖微球：将壳聚糖溶解于乙酸溶液得到溶液A，将磁性Fe3O4颗粒分散于去离子水中得到悬浮液B，经超声、搅拌将溶液A和悬浮液B混合均匀，磁性分离干燥后得到磁性壳聚糖微球；S3、制备磁性壳聚糖载Al光催化复合材料：将磁性壳聚糖微球添加到Al(NO3)3硝酸溶液中，恒温水浴下搅拌混合，向混合溶液中滴加NaBH4溶液使溶液的pH值至9.0~10.0，停止滴加NaBH4溶液继续搅拌，冷却磁性分离干燥研磨得到磁性壳聚糖载Al光催化复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种降解罗丹明B的光催化复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、制备基体磁性Fe3O4颗粒：取体积相同，物质的量浓度比为(1~3):1的FeCl3⋅6H2O溶液和FeCl2⋅4H2O溶液混合，在氮气保护、机械搅拌、恒温水浴下，向混合溶液中滴加氨水，继续搅拌，磁性分离干燥后得到磁性Fe3O4颗粒；S2、制备载体磁性壳聚糖微球：将壳聚糖溶解于乙酸溶液得到溶液A，将磁性Fe3O4颗粒分散于去离子水中得到悬浮液B，经超声、搅拌将溶液A和悬浮液B混合均匀，磁性分离干燥后得到磁性壳聚糖微球；S3、制备磁性壳聚糖载Al光催化复合材料：将磁性壳聚糖微球添加到Al(NO3)3硝酸溶液中，恒温水浴下搅拌混合，向混合溶液中滴加NaBH4溶液使溶液的pH值至9.0~10.0，停止滴加NaBH4溶液继续搅拌，冷却磁性分离干燥研磨得到磁性壳聚糖载Al光催化复合材料。2.根据权利要求1所述的光催化复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述FeCl3⋅6H2O溶液物质的量浓度为0.01~0.03mol/L，所述FeCl2⋅4H2O溶液物质的量浓度为0.01mol/L，所述FeCl3⋅6H2O溶液和FeCl2⋅4H2O溶液的体积均为5~10mL，所述氨水物质的量浓度为1mol/L，氨水滴加量至混合溶液pH值为10，停止滴加氨水继续反应1h；随后将混合溶液磁性分离过滤，去离子水和无水乙醇洗涤至滤液pH值为中性，将滤饼放入50℃真空干燥箱干燥8h，取出得到黑色Fe3O4颗粒，研磨成粉以保存备用。3.根据权利要求1所述的光催化复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中，恒温水浴温度为50~70℃，机械搅拌速率为200rpm。4.根据权利要求1所述的光催化复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中，溶液A的配制方法为：称取0.8~1.2g壳聚糖溶于80~100mL质量分数为1~3%的乙酸溶液中；悬浮液B的配制方法为：称取0.8~1.2g磁性Fe3O4颗粒分散于100~120mL去离子水中。5.根据权利要求1所述的光催化复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中，首先将悬浮液B在40KHz下超声处理30min，然...

【专利技术属性】
技术研发人员：张萍花，李阳阳，王红艳，张春丽，谢永，吴宁，
申请(专利权)人：宿州学院，
类型：发明
国别省市：安徽,34