生物炭@ZnO-TiO2复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及生物炭@ZnO

【技术实现步骤摘要】
生物炭@ZnO
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TiO2复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及生物炭@ZnO
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TiO2复合材料及其制备方法和应用，属于光催化


技术介绍

[0002]四环素的大量使用引起的水体污染对人类和水生生物具有深远的影响，因此，将环境中的四环素催化降解为小分子物(比如二氧化碳和水等物质)，具有非常重要的意义。而半导体光催化作为一种节能、高效、绿色技术，在处理环境中四环素污染物方面受到了广泛的关注。
[0003]二氧化钛(TiO2)和氧化锌(ZnO)均属于环境友好型材料，化学性能稳定，使用成本低，无毒，且具有良好的光催化活性。然而，TiO2和ZnO属于宽带隙半导体材料(TiO2：3.2eV和ZnO：3.3eV)，光生电荷载流子的重组效率高及可见光几乎不能激发是限制其实际应用的主要缺点。因此，将ZnO和TiO2掺入杂化复合结构中可以改善其光催化性能，TiO2与ZnO的偶联能够抑制电子与空穴的复合速率，进而提高光催化效率。然而，由于结构复杂和控制材料晶体的生长困难，在纳米级制备这种材料仍然具有一定的挑战；尽管，能够增加材料的比表面积，也增强了光催化活性，但由于使用后分离困难，纳米结构光催化剂可能会产生二次污染等问题。此外，纳米颗粒的团聚是光催化剂在抗生素废水处理中存在的另一个问题。
[0004]专利CN106390971A公开了生物炭基二氧化钛光催化材料的制作方法，采用废旧动物羽毛，钛酸四丁酯，无水乙醇，氢氧化钾等为原料，利用高温下材料间的相互作用，通过一体化的热、交联、炭化过程，制备具有可见光活性的环境友好型光催化材料。专利CN112452320A公开了一种自然光降解污染物催化剂及其制备方法，催化剂是一种以生物炭为载体，氧化锌为活性成分的生物炭
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ZnO纳米颗粒，可在自然光下光驱动降解吸附孔雀石绿。这些催化剂直接用于催化降解四环素时，其催化效果不好，需要进一步的提高。

技术实现思路

[0005]针对以上缺陷，本专利技术解决的技术问题是提供一种生物炭@ZnO
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TiO2复合材料的制备方法，得到的复合材料可在模拟日光下催化降解四环素，催化降解性能好。
[0006]本专利技术生物炭@ZnO
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TiO2复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]a、预处理：将洗涤干净的废弃生物质干燥、破碎成粉末，得到生物质粉末；
[0008]b、制备生物炭@ZnO：将生物质粉末与锌盐溶液混合，浸泡后干燥，然后在保护气氛中加热热解，所得的热解产物洗涤、干燥，得到生物炭@ZnO；
[0009]c、制备生物炭@ZnO
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TiO2复合材料：将生物炭@ZnO浸渍到溶液A中，然后取出干燥，在保护气氛中加热炭化，所得的产物洗涤、干燥，即得生物炭@ZnO
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TiO2复合材料；所述溶液A为四异丙氧基钛、冰醋酸和无水乙醇的混合液。
[0010]在本专利技术的一些实施方式中，废弃生物质为烟杆、玉米秸秆、玉米芯、薏仁米秸秆、大麦秸秆、小麦秸秆、燕麦秸秆、黑麦秸秆、麦类糠麸、薯类藤蔓、油菜秸秆、大豆秸秆、黄豆
秸秆、蚕豆秸秆、豌豆秸秆、豇豆秸秆、羽扇豆秸秆、花生秸秆、水稻秸秆、高粱秸秆、棉花秸秆、谷子秸秆、谷壳、米糠、咖啡渣、油茶果壳、木屑中的至少一种。
[0011]在本专利技术的一些实施方式中，锌盐为硫酸锌、氯化锌、高氯酸锌、氟硼酸锌、六水合硝酸锌中的至少一种。
[0012]在本专利技术的一些实施方式中，a步骤中，破碎至粒径过200目筛。
[0013]在本专利技术的一些实施方式中，b步骤中，生物质粉末与锌盐的质量比为10:1～5；锌盐溶液为锌盐的水溶液，锌盐溶液的浓度为0.05～0.2mol/L。
[0014]在一个具体实施例中，生物质粉末与锌盐的质量比为10:3；锌盐溶液的浓度为0.1mol/L。
[0015]在本专利技术的一些实施方式中，b步骤中，浸泡的时间为40～60h，热解的温度为600～700℃，时间为3～8h。在一个优选的实施例中，浸泡的时间为48h，热解的温度为650℃，时间为5h。
[0016]在本专利技术的一些实施方式中，c步骤中，按质量体积比，生物炭@ZnO:四异丙氧基钛:冰醋酸:无水乙醇＝2～3g:2～3mL:4～5mL:15～25mL。
[0017]作为优选方案，按质量体积比，生物炭@ZnO:四异丙氧基钛:冰醋酸:无水乙醇＝2.5g:2.5mL:4.5mL:20mL。
[0018]在本专利技术的一些实施方式中，c步骤中，所述浸渍为真空浸渍，真空度为
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0.1～0.09MPa，浸渍的温度为40～50℃，浸渍的时间为20～30h。在一个优选的实施例中，浸渍的温度为45℃，浸渍的时间为24h。
[0019]在本专利技术的一些实施方式中，c步骤中，炭化的温度为600～700℃，时间为3～8h。在一个具体实施例中，炭化的温度为650℃，时间为5h。
[0020]本专利技术还提供本专利技术制备方法制备得到的生物炭@ZnO
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TiO2复合材料。
[0021]本专利技术生物炭@ZnO
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TiO2复合材料，能够促进电子的转移，有效抑制光生电子
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空穴对的复合，可在日光下催化降解四环素，对四环素的催化去除效率高。
[0022]本专利技术还提供本专利技术所述的生物炭@ZnO
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TiO2复合材料在降解四环素中的应用。
[0023]本专利技术生物炭@ZnO
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TiO2复合材料，可在模拟日光下催化降解四环素，能够用于降解四环素污染物中。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0025](1)本专利技术以废弃生物质材料为原料，价格低廉，且使用的四异丙氧基钛、无水乙醇、六水合硝酸锌和冰醋酸等原料来源广泛，生产操作简单，适用于产业化生产。
[0026](2)本专利技术方法，具有反应时间短、生成的产物均匀、生产过程简洁实用等特点，批量生产性能稳定可靠，制得的生物炭@ZnO
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TiO2复合材料无毒，对环境友好，有利于绿色发展。
[0027](3)本专利技术生物炭@ZnO
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TiO2复合材料能够促进电子的转移，有效抑制光生电子
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空穴对的复合，在模拟日光照射下，生物炭@ZnO
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TiO2复合材料对四环素的催化去除效率高。
附图说明
[0028]图1为本专利技术实施例1中生物炭@ZnO
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TiO2复合材料的表面形态图。
[0029]图2为本专利技术实施例1中生物炭@ZnO
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TiO2复合材料的XRD图。
[0030]图3为本专利技术实施例1中生物炭@ZnO
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TiO2复合材料的紫外
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可见吸收光谱图。
[0031]图4为本专利技术实施例3中直接光催化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.生物炭@ZnO
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TiO2复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a、预处理：将洗涤干净的废弃生物质干燥、破碎成粉末，得到生物质粉末；b、制备生物炭@ZnO：将生物质粉末与锌盐溶液混合，浸泡后干燥，然后在保护气氛中加热热解，所得的热解产物洗涤、干燥，得到生物炭@ZnO；c、制备生物炭@ZnO
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TiO2复合材料：将生物炭@ZnO浸渍到溶液A中，然后取出干燥，在保护气氛中加热炭化，所得的产物洗涤、干燥，即得生物炭@ZnO
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TiO2复合材料；所述溶液A为四异丙氧基钛、冰醋酸和无水乙醇的混合液。2.根据权利要求1所述的生物炭@ZnO
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TiO2复合材料的制备方法，其特征在于：废弃生物质为烟杆、玉米秸秆、玉米芯、薏仁米秸秆、大麦秸秆、小麦秸秆、燕麦秸秆、黑麦秸秆、麦类糠麸、薯类藤蔓、油菜秸秆、大豆秸秆、黄豆秸秆、蚕豆秸秆、豌豆秸秆、豇豆秸秆、羽扇豆秸秆、花生秸秆、水稻秸秆、高粱秸秆、棉花秸秆、谷子秸秆、谷壳、米糠、咖啡渣、油茶果壳、木屑中的至少一种；锌盐为硫酸锌、氯化锌、高氯酸锌、氟硼酸锌、六水合硝酸锌中的至少一种。3.根据权利要求1所述的生物炭@ZnO
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TiO2复合材料的制备方法，其特征在于：a步骤中，破碎至粒径过200目筛。4.根据权利要求1所述的生物炭@ZnO
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TiO2复合材料的制备方法，其特征在于：b步骤中，生物质粉末与锌盐的质量比为10:1～5；锌盐溶液为锌盐的水溶液，锌盐溶液的浓度为0.05～0.2mol/L；优选生物质粉末与锌盐的...

【专利技术属性】
技术研发人员：安明泽，杨照，张兵兵，薛斌，徐国敏，陈蔚洁，丁小艳，王盛，张敏敏，
申请(专利权)人：贵州省材料产业技术研究院，
类型：发明
国别省市：