一种NMTi-OVs饼状富氧空位纳米材料及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种NMTi

【技术实现步骤摘要】
一种NMTi
‑
OVs饼状富氧空位纳米材料及其应用


[0001]本专利技术涉及一种NMTi
‑
OVs饼状富氧空位纳米材料及其应用，属于纳米材料


技术介绍

[0002]由于人类活动导致的水生生态系统的持续恶化，增加了大多数水介质中持久性有机物和重金属的排放。特别是，有毒的重金属Cr(VI)和最广泛使用的抗生素四环素(TCH)等，伴随着人类的生活排放到环境中。这些重金属污染和人工合成的有机污染物主要来源于市政污水、生活日用品、制药厂、医院废水及垃圾填埋场等。难降解的有机物质(如盐酸四环素，多氯联苯和氯化石蜡)和重金属(如六价铬等)通常有毒或有害。此外，致癌、致畸和造成严重健康问题的重金属和有机污染物可能会通过食物链渠道在人体中积累可通过食物链放大，造成人类和生态健康问题。近年来，对重金属污染和有机污染废水进行处理势在必行。
[0003]近年来，人们提出了各种去除水中混合污染物的有效方法，如吸附、生物处理等。传统的吸附和生物处理技术虽然可以低成本地去除污染物，但是吸附法只能将污染物从液相转移至固相吸附剂中，不能完全去除污染物。生物处理技术虽然可以完全去除污染物，但是想要筛选出合适的菌群极为困难。在各种去除混合污染物的方式中，光催化技术因其操作简单，催化环境要求低，绿色高效脱颖而出。光催化可以对TCH进行氧化作用的同时将高毒性的Cr(
Ⅵ
)还原为对人体有益的Cr(Ⅲ)。因此，需要提供一种能高效去除水体中混合污染物的光催化剂，以实现环境的可持续发展。/>[0004]光催化技术起源于上世纪70年代，光催化反应主要是基于光催化剂在太阳光的照射下获得了氧化还原能力，进而能够起到修复环境的目的。工作原理主要为：在光能驱动下，半导体催化剂的价带(VB)上的光生电子被激发跃迁至导带(CB)上，此时VB上因为失去了电子形成了带正电的光生空穴(h
+
)，且具有强氧化能力。CB上得到电子带上负电，具有还原能力。光催化反应主要为以下步骤：1)大于光催化剂带隙的光子能量通量激发，产生电子
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空穴对；2)激发态电荷分离/复合；3)电子和空穴在光催化剂表面转移；4)利用表面电荷进行氧化还原反应或产生自由基。根据上述工作原理可知，在光催化装置中，光催化剂是实现整个氧化和还原过程的关键部分。其独特的工作原理，使该法相比于其他方法具有能耗低，易再生，环保等优势。目前，光催化技术多用于单一污染物治理领域，在去除混合污染物方面报道较少，因此，采用光催化技术去除混合污染物是一种新颖而有吸引力的方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于，提供一种NMTi
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OVs饼状富氧空位纳米材料及其应用。本专利技术开发出了一种价格低廉、制备方法简单并且高效的光催化材料，该材料用于光催化去除水体中TCH与Cr(
Ⅵ
)构成的混合污染物，表现出高效的去除性能，为修复水环境提供了思路。
[0006]本专利技术的技术方案：一种NMTi
‑
OVs饼状富氧空位纳米材料，其制备方法包括以下
步骤：
[0007]A：首先，将含有二氨基对苯二甲酸、甲醇和N,N
‑
二甲基甲酰胺的混合溶液强烈搅拌超声之后，将钛酸四丁酯加入上述混合溶液搅拌超声，随后于烘箱中进行反应；反应完成后，离心收集产物饼状NH2‑
MIL
‑
125(Ti)纳米材料并清洗，然后干燥；
[0008]B：已制备的NH2‑
MIL
‑
125(Ti)在氮气氛中煅烧，形成富氧空位的纳米材料，将得到的产物分散到甲醇溶液中，持续搅拌，离心收集后干燥，得到饼状富氧空位MIL材料NMTi
‑
OVs。
[0009]前述的一种NMTi
‑
OVs饼状富氧空位纳米材料中，更具体的制备方法包括以下步骤：
[0010]A：通过水热合成的方式制备出NH2‑
MIL
‑
125(Ti)：将0.21g的二氨基对苯二甲酸溶解在10mL的甲醇和N,N二甲基甲酰胺混合溶液中，搅拌超声该溶液至二氨基对苯二甲酸完全溶解，随后加入钛酸四丁酯0.225mL，并且在室温下超声反应5min；然后将上述溶液转移到反应釜中，并在150℃下反应8h；用离心法分离出黄色粉末，分别用N,N
‑
二甲基甲酰胺和甲醇洗涤三次，随后放置于80℃真空烘箱中干燥6h,最终得到黄色粉末状NH2‑
MIL
‑
125(Ti)；
[0011]B：通过热控处理的方式制备出富氧空位的NMTi
‑
OVs：将500mg合成的NH2‑
MIL
‑
125(Ti)放置于坩埚中，随后放置于管式炉中加热至300℃；收集深色样品并记为NMTi
‑
OVs
‑
X，其中X＝300，代表加热至300℃后再加热300min的样品。
[0012]前述的一种NMTi
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OVs饼状富氧空位纳米材料中，步骤A的甲醇和N,N二甲基甲酰胺混合溶液的比例为甲醇：N,N二甲基甲酰胺＝3:7。
[0013]前述的一种NMTi
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OVs饼状富氧空位纳米材料中，步骤B的管式炉以2℃/min的升温速度升温，并在升温的同时连续通入高纯氮气，最终加热至温度为300℃。
[0014]前述的一种NMTi
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OVs饼状富氧空位纳米材料中，将NMTi
‑
OVs分散于具有混合污染物的水溶液中，应用于光催化去除混合污染物，所述混合污染物为盐酸四环素TCH与六价铬Cr(
Ⅵ
)。
[0015]前述的一种NMTi
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OVs饼状富氧空位纳米材料中，光催化去除混合污染物的方法为：将制备好的NMTi
‑
OVs添加到一定浓度的TCH与Cr(
Ⅵ
)水溶液中，通过300W Xe灯模拟太阳光照射，同时采用外部水循环系统对设备进行冷却进行光催化去除混合污染物；
[0016]TCH浓度为20ppm，Cr(
Ⅵ
)浓度为10ppm；光照波长为全波段。
[0017]本专利技术的有益效果：与现有技术相比，本专利技术的NMTi
‑
OVs饼状富氧空位材料由于该材料具有不同浓度的氧空位，使其表面积发生改变，减少了半导体禁带宽度，光电性能增强，有利于光照去除混合污染物。本专利技术制备的材料用于光催化法去除水体TCH与Cr(
Ⅵ
)时，可以实现较高的去除效率，20ppm TCH与10ppm Cr(
Ⅵ
)溶液去除率分别达80％与100％，极大的降低了能源消耗和成本。
附图说明
[0018]图1为本专利技术的NMTi
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OVs
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X饼状富氧空位材料的合成示意图；
[0019]图2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种NMTi
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OVs饼状富氧空位纳米材料，其特征在于：其制备方法包括以下步骤：A：首先，将含有二氨基对苯二甲酸、甲醇和N,N
‑
二甲基甲酰胺的混合溶液强烈搅拌超声之后，将钛酸四丁酯加入上述混合溶液搅拌超声，随后于烘箱中进行反应；反应完成后，离心收集产物饼状NH2‑
MIL
‑
125(Ti)纳米材料并清洗，然后干燥；B：已制备的NH2‑
MIL
‑
125(Ti)在氮气氛中煅烧，形成富氧空位的纳米材料，将得到的产物分散到甲醇溶液中，持续搅拌，离心收集后干燥，得到饼状富氧空位MIL材料NMTi
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OVs。2.根据权利要求1所述的一种NMTi
‑
OVs饼状富氧空位纳米材料，其特征在于：更具体的制备方法包括以下步骤：A：通过水热合成的方式制备出NH2‑
MIL
‑
125(Ti)：将0.21 g的二氨基对苯二甲酸溶解在10 mL的甲醇和N,N二甲基甲酰胺混合溶液中，搅拌超声该溶液至二氨基对苯二甲酸完全溶解，随后加入钛酸四丁酯0.225 mL，并且在室温下超声反应5 min；然后将上述溶液转移到反应釜中，并在150℃下反应8 h；用离心法分离出黄色粉末，分别用N,N
‑
二甲基甲酰胺和甲醇洗涤三次，随后放置于80 ℃真空烘箱中干燥6 h,最终得到黄色粉末状NH2‑
MIL
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125(Ti)；B：通过热控处理的方式制备出富氧空位的NMTi
‑
OVs：将500 mg合成的NH2...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宝军，孙鑫豪，曹阳，
申请(专利权)人：贵州大学，
类型：发明
国别省市：