一种高效处理高浓度染料废水的复合光催化剂的制备方法技术

本发明专利技术的目的在于提供一种高效处理高浓度染料废水的复合光催化剂的制备方法，属于光催化剂技术领域，本发明专利技术通过牺牲金属有机骨架（MOF）的原位酸蚀刻策略制备了2

【技术实现步骤摘要】
一种高效处理高浓度染料废水的复合光催化剂的制备方法


[0001]本专利技术属于光催化剂
，具体涉及一种高效处理高浓度染料废水的复合光催化剂的制备方法。

技术介绍

[0002]随着许多国家纺织工业的快速发展，大量高浓度染料废水被广泛排放到土壤或水体中，造成严重的染料污染。大多数染料分子含有芳香环，对生物具有剧毒，对人类和水生生物具有诱变作用。此外，染料的颜色影响光在水中的传输，延迟水生生物的光合反应并影响其生长，从而破坏水的生态结构。因此，迫切需要开发一种可行的处理高浓度染料废水的技术。
[0003]目前，吸附、生物处理、电化学和光催化技术等多种可行的方法已被用于处理染料废水。然而，吸附技术的缺点不能将污染物转化为无害的化合物，生物处理技术中有毒副产物的二次污染趋势以及电化学技术中的高能耗限制了这三种技术在高浓度染料废水处理中的应用。光催化具有将污染物转化为无害化合物、无二次污染、能耗低的优点，已成为去除染料污染物的理想方法。TiO2因其优异的光催化活性、良好的化学稳定性、低成本和无毒性而被认为是最有前途的光催化剂之一。遗憾的是，TiO2仍然存在一些缺点，限制了其在高效处理高浓度染料废水中的实际应用。首先，较差的吸附性能使其无法快速吸附废水中的染料分子以提高透光率，而低透光率严重影响了其在处理高浓度染料废水中的光催化活性。其次，TiO2的光吸收范围很窄，只对紫外线有响应，导致其利用太阳能的效率很低。最后，TiO2较弱的光生载流子分离能力导致降解过程中有效载流子的数量迅速减少，这大大限制了其光催化活性。r/>[0004]金属有机骨架（MOFs）由金属离子和有机配体组成，是一类新兴的材料，具有高比表面积和易于功能化。近年来，MOFs作为前驱体在衍生制备改性金属氧化物光催化剂中的应用逐渐引起了研究人员的关注。在MOFs中，MIL
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125（Ti）已被广泛用于改性TiO2的衍生制备。然而，在大多数报道中，2
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氨基对苯二甲酸（NH2‑
BDC）有机配体仅被视为制备非金属元素改性TiO2的前体。例如，He等人利用NH2‑
BDC有机配体作为碳源，通过高温热解制备了C改性TiO2，在一定程度上提高了其吸附性能，但没有显著提高光吸收范围。Ismail等人利用NH2‑
MIL
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125（Ti）的NH2‑
BDC有机配体作为碳源和氮源的前体，通过高温热解制备C/N
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TiO2，有效地增强了光生电子
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空穴分离，但光吸收范围没有显著拓宽。然而，据报道，NH2‑
BDC有机配体可以有效地拓宽TiO2的光吸收范围。不仅如此，范等人使用NH2‑
MIL
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125（Ti）对MB进行吸附，结果表明有机配体NH2‑
BDC中苯环和氨基官能团提供的相互作用大大增强了染料分子的吸附。因此，我们设想通过NH2‑
MIL
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125（Ti）衍生化合成TiO2，同时保留NH2‑
BDC有机配体，这有望改善TiO2的缺点，促进其对高浓度染料废水的有效处理。
[0005]此外，具有优异电子传输和上转换荧光特性的碳量子点（CQD）已被广泛用于增强光催化剂的光生电子
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空穴分离和光吸收。例如，Xia等人制备了CQDs/Bi2WO6复合光催化剂，其在光催化降解有机污染物方面表现出比纯Bi2WO6高得多的光催化活性，这归因于CQDs增
强了复合光催化剂的光生电子
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空穴分离。Lin等人以CQDs为助催化剂制备了MIL
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53（Fe）/CQDs复合光催化剂。结果表明，CQDs可以诱导光生电子空穴从MOFs的内部结构中分离出来，这大大提高了其对Cr（VI）的光催化降解活性。Wang等人制备了CQDs/NH2‑
MMIL
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125（Ti）复合光催化剂，结果表明CQDs不仅抑制了NH2‑
MIL
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125（钛）中的光生电子
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空穴复合，而且大大拓宽了光吸收范围，提高了其光利用效率。此外，CQDs具有成本低、化学稳定性好和制备方法简单的优点。因此，CQDs是用于进一步提高光催化剂活性的理想材料。

技术实现思路

[0006]针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种高效处理高浓度染料废水的复合光催化剂的制备方法。
[0007]本专利技术通过牺牲金属有机骨架（MOF）的原位酸蚀刻策略制备了2
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氨基对苯二甲酸改性的TiO2光催化剂（NH2BDC
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TiO2），然后通过溶剂沉积制备了负载碳量子点的YCQDs/NH2BDC
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TiO2复合光催化剂。表征结果证实，NH2BDC
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TiO2光催化剂具有优异的可见光响应和增强的吸附能力。此外，CQDs在其表面的成功负载有效地增强了光生电子
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空穴分离能力，同时进一步提高了复合光催化剂的光吸收强度和光响应范围。5CQDs/NH2BDC
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TiO2复合光催化剂在处理高浓度RhB溶液时表现出良好的去除效率。这项工作为TiO2基复合光催化剂的设计提供了新的见解，用于高浓度染料废水的实际处理。
[0008]本专利技术采用如下技术方案：一种高效处理高浓度染料废水的复合光催化剂的制备方法，包括如下步骤：第一步，通过溶剂热法合成NH2‑
MIL
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125(Ti)在烧杯中混合DMF和MeOH，然后向混合溶液中加入2
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氨基对苯二甲酸进行超声处理，直到形成澄清溶液，然后将钛酸丁酯加入澄清溶液中进行超声处理30 min，然后转移到80 mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，并在150℃下反应48 h，将收集的样品用DMF和甲醇洗涤数次，然后在60℃的烘箱中干燥过夜，将得到的NH2‑
MIL
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125（Ti）命名为NM（Ti）；第二步，通过酸刻蚀策略获得NH2BDC
X
‑
TiO2在烧杯中制备浓度为X mol/L的乙酸溶液，然后向乙酸溶液中加入NM（Ti）进行超声处理，超声处理1 h后，将上述混合物装入含有聚四氟乙烯衬里的反应器中，并在90℃下反应12 h，最后，通过离心洗涤和干燥获得目标材料，并且将目标材料命名为NH2BDC
X
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TiO2，其中X表示乙酸的浓度，分别为5、10、15、20；第三步，采用碱辅助超声法制备CQDs将葡萄糖均匀地溶解在去离子水中，然后加入NaOH溶液并搅拌以实现完全混合，然后将无色溶液在室温下超声处理120 min以获得黄棕色溶液，最后，使用透析袋进一步纯化CQDs储备溶液；第四步，采用溶剂沉积法制备YCQDs/NH2BDC
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TiO2复合光催化剂选用乙酸浓度为10mol/L，将NH2BDC
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高效处理高浓度染料废水的复合光催化剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：第一步，通过溶剂热法合成NH2‑
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125(Ti)在烧杯中混合DMF和MeOH，然后向混合溶液中加入2
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氨基对苯二甲酸进行超声处理，直到形成澄清溶液，然后将钛酸丁酯加入澄清溶液中进行超声处理30 min，然后转移到80 mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，并在150℃下反应48 h，将收集的样品用DMF和甲醇洗涤数次，然后在60℃的烘箱中干燥过夜，将得到的NH2‑
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125（Ti）命名为NM（Ti）；第二步，通过酸刻蚀策略获得NH2BDC
X
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TiO2在烧杯中制备浓度为X mol/L的乙酸溶液，然后向乙酸溶液中加入NM（Ti）进行超声处理，超声处理1 h后，将上述混合物装入含有聚四氟乙烯衬里的反应器中，并在90℃下反应12 h，最后，通过离心洗涤和干燥获得目标材料，并且将目标材料命名为NH2BDC
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TiO2，其中X表示乙酸的浓度，分别为5、10、15、20；第三步，采用碱辅助超声法制备CQDs将葡萄糖均匀地溶解在去离子水中，然后加入NaOH溶液并搅拌以实现完全混合，然后将无色溶液在室温下超声处理120 min以获得黄棕色溶液，最后，使用透析袋进一步纯化CQDs储备溶液；第四步，采用溶剂沉积法制备YCQDs/NH2BDC
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TiO2复合光催化剂选用乙酸浓度为10mol/L，将NH2BDC
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【专利技术属性】
技术研发人员：石建惠，聂建辉，韩晓蓓，居晨珂，李育珍，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：