一种用于流动水体水质改善的光催化水草纤维的制备制造技术

本发明专利技术公开了一种用于流动水体水质改善的光催化水草纤维的制备

【技术实现步骤摘要】
一种用于流动水体水质改善的光催化水草纤维的制备


[0001]本专利技术涉及光催化
，具体为一种用于流动水体水质改善的光催化水草纤维的制备
。

技术介绍

[0002]光催化技术的基本原理是利用半导体材料
(
如
TiO
_2
)
在光照下产生电子－空穴对，电子和空穴分别参与氧化还原反应，生成活性氧自由基和活性离子氧，从而对水中的有机物和微生物进行高效的氧化降解
。
该技术最早是在
1972
年由日本科学家福田纪八郎等人发现的，他们利用
TiO
_2
电极进行光催化水分解制氢
。
此后，人们发现
TiO
_2
还可以用于光催化降解水中的染料
、
农药
、
药物等有机污染物，以及杀灭水中的细菌
、
病毒等微生物
。
目前，
TiO
_2
是最常用的光催化剂材料，但是它也存在一些缺点，如只能吸收紫外光
(
占太阳光能量的约5％
)
，易发生电子－空穴对复合而降低反应效率，难以从反应液中分离回收等
。
[0003]为此我们提出一种用于流动水体水质改善的光催化水草纤维的制备
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种用于流动水体水质改善的光催化水草纤维的制备，具备高比表面积
、
高光吸收率
、
易分散易回收等优点，解决了传统光催化剂易团聚
、
易失活
、
难分离等问题
。
[0005]2.
为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种用于流动水体水质改善的光催化水草纤维的制备，包括以下步骤：
[0006](1)
选择一种水生光催化细胞，为藻类或水稻，并将其通过基因工程导入具有生物合成金属有机骨架或其复合材料的基因，并将其培养在含有金属离子和有机配体的培养液中，其表面或内部通过基因工程生物合成金属有机骨架或其复合材料作为纳米半导体光催化剂；
[0007](2)
选择一种生物质纳米纤维，为聚乳酸和纤维素，并将其通过静电纺丝技术制备成水草的纤维状结构，并将其与所述纳米半导体光催化剂通过静电吸附或共价键连接复合；
[0008](3)
将所得的光催化生物质纤维放入流动水体中，使之与水中的有机污染物发生接触和反应，在光照下产生活性氧物种，降解水中有机污染物，水生光催化细胞产生的氧气增加水体中的溶解氧；
[0009]其中，所述金属离子为
Zn
2+
、Cu
2+
、Co
2+
、Ni
2+
、Fe
3+
、Cr
3+
或
Mn
2+
中的一种或多种，所述有机配体为苯二甲酸
、
三嗪
、
吡啶
、
吡咯烷二酮或其他与金属离子形成稳定配合物的有机配体中的一种或多种
。
[0010]优选的，所述金属有机骨架或其复合材料为
ZIF
‑
8、ZIF
‑
67、HKUST
‑
1、MIL
‑
53、MIL
‑
100、UiO
‑
66
或其他具有光催化活性的金属有机骨架或其复合材料中的一种或多种，并且具有如下属性：
ZIF
‑8和
ZIF
‑
67
为立方晶系结构，孔径均为
3.4nm
，
BET
表面积分别为
1160m2/g
和
900m2/g
；
HKUST
‑1为立方晶系结构，孔径为
0.9nm
，
BET
表面积为
1500m2/g
；
MIL
‑
53
为正交晶系结构，孔径为
1.5nm
，
BET
表面积为
1000m2/g
；
MIL
‑
100
为三斜晶系结构，孔径为
2.9nm
，
BET
表面积为
3100m2/g
；
UiO
‑
66
为立方晶系结构，孔径为
0.7nm
，
BET
表面积为
1200m2/g
；所述金属有机骨架或其复合材料与水生光催化细胞之间的生物合成过程和条件为：在
pH
值为
6.5
‑
7.5
，温度为
25
‑
35℃
，光照强度为
100
‑
200W/m2的条件下，将水生光催化细胞与含有金属离子和有机配体的培养液混合，持续培养
24—48
小时，水生光催化细胞在其表面或内部通过基因工程生物合成金属有机骨架或其复合材料
。
[0011]优选的，所述纳米半导体光催化剂还与荧光染料或量子点以
1:10
‑
10:1
的质量比复合，形成光致发光或变色性能的纤维状结构，根据水体中污染物的种类和浓度发出不同颜色或强度的可见光信号；其中，所述荧光染料或量子点为罗丹明
B、
荧光素
、
碳量子点
、
硒化镉量子点或其他具有荧光或发光性能的材料中的一种或多种，并且具有如下属性：罗丹明
B
和荧光素为有机染料，最大吸收波长分别为
555nm
和
494nm
，最大发射波长分别为
580nm
和
521nm
；碳量子点和硒化镉量子点为无机纳米颗粒，最大吸收波长分别为
340nm
和
400nm
，最大发射波长分别为
450nm
和
650nm
；所述荧光染料或量子点与纳米半导体光催化剂之间的复合方式为：将荧光染料或量子点溶解在乙醇中，再加入纳米半导体光催化剂悬浮液，经过超声处理和搅拌后，进行真空干燥，得到复合材料
。
[0012]优选的，所述纳米半导体光催化剂还与锂离子电池正极材料以
1:10
‑
10:1
的质量比复合，形成光电转换性能的纤维状结构，利用太阳能产生电能；所述锂离子电池正极材料为锂钴酸
、
锂镍钴锰酸或其他具有高比容量和稳定循环性能的材料中的一种或多种，并且具有如下属性：锂钴酸和锂镍钴锰酸为层状结构，比容量分别为
140mAh/g
和...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种用于流动水体水质改善的光催化水草纤维的制备，其特征在于：包括以下步骤：
(1)
选择一种水生光催化细胞，为藻类或水稻，并将其通过基因工程导入具有生物合成金属有机骨架或其复合材料的基因，并将其培养在含有金属离子和有机配体的培养液中，其表面或内部通过基因工程生物合成金属有机骨架或其复合材料作为纳米半导体光催化剂；
(2)
选择一种生物质纳米纤维，为聚乳酸和纤维素，并将其通过静电纺丝技术制备成水草的纤维状结构，并将其与所述纳米半导体光催化剂通过静电吸附或共价键连接复合；
(3)
将所得的光催化生物质纤维放入流动水体中，使之与水中的有机污染物发生接触和反应，在光照下产生活性氧物种，降解水中有机污染物，水生光催化细胞产生的氧气增加水体中的溶解氧；其中，所述金属离子为
Zn
2+
、Cu
2+
、Co
2+
、Ni
2+
、Fe
3+
、Cr
3+
或
Mn
2+
中的一种或多种，所述有机配体为苯二甲酸
、
三嗪
、
吡啶
、
吡咯烷二酮或其他与金属离子形成稳定配合物的有机配体中的一种或多种
。2.
根据权利要求1所述的一种用于流动水体水质改善的光催化水草纤维的制备，其特征在于：所述金属有机骨架或其复合材料为
ZIF
‑
8、ZIF
‑
67、HKUST
‑
1、MIL
‑
53、MIL
‑
100、UiO
‑
66
或其他具有光催化活性的金属有机骨架或其复合材料中的一种或多种，并且具有如下属性：
ZIF
‑8和
ZIF
‑
67
为立方晶系结构，孔径均为
3.4nm
，
BET
表面积分别为
1160m2/g
和
900m2/g
；
HKUST
‑1为立方晶系结构，孔径为
0.9nm
，
BET
表面积为
1500m2/g
；
MIL
‑
53
为正交晶系结构，孔径为
1.5nm
，
BET
表面积为
1000m2/g
；
MIL
‑
100
为三斜晶系结构，孔径为
2.9nm
，
BET
表面积为
3100m2/g
；
UiO
‑
66
为立方晶系结构，孔径为
0.7nm
，
BET
表面积为
1200m2/g
；所述金属有机骨架或其复合材料与水生光催化细胞之间的生物合成过程和条件为：在
pH
值为
6.5
‑
7.5
，温度为
25
‑
35℃
，光照强度为
100
‑
200W/m2的条件下，将水生光催化细胞与含有金属离子和有机配体的培养液混合，持续培养
24—48
小时，水生光催化细胞在其表面或内部通过基因工程生物合成金属有机骨架或其复合材料
。3.
根据权利要求2所述的一种用于流动水体水质改善的光催化水草纤维的制备，其特征在于：所述纳米半导体光催化剂还与荧光染料或量子点以
1:10
‑
10:1
的质量比复合，形成光致发光或变色性能的纤维状结构，根据水体中污染物的种类和浓度发出不同颜色或强度的可见光信号；其中，所述荧光染料或量子点为罗丹明
B、
荧光素
、
碳量子点
、
硒化镉量子点或其他具有荧光或发光性能的材料中的一种或多种，并且具有如下属性：罗丹明
B
和荧光素为有机染料，最大吸收波长分别为
555nm
和
494nm
，最大发射波长分别为
580nm
和
521nm
；碳量子点和硒化镉量子点为无机纳米颗粒，最大吸收波长分别为
340nm
和
400nm
，最大发射波长分别为
450nm
和
650nm
；所述荧光染料或量子点与纳米半导体光催化剂之间的复合方式为：将荧光染料或量子点溶解在乙醇中，再加入纳米半导体光催化剂悬浮液，经过超声处理和搅拌后，进行真空干燥，得到复合材料
。4.
根据权利要求3所述的一种用于流动水体水质改善的光催化水草纤维的制备，其特征在于：所述纳米半导体光催化剂还与锂离子电池正极材料以
1:10
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚轶漩，项长友，陈崇光，吕连萍，周忠孝，程华辉，
申请(专利权)人：光治水北京环保有限公司，
类型：发明
国别省市：