【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及纳米材料，更具体的说是涉及一种在自然光下高效降解抗生素的磁性光催化剂的制备方法及其应用。
技术介绍
1、目前，中国已经成为了世界上使用抗生素最多的国家，而随着抗生素的大规模生产并广泛应用于治疗人、动物和植物感染细菌，由此造成的抗生素污染问题已经迫在眉睫。而由于抗生素的生物难降解性,常规的水处理技术很难将其完全去除，光催化氧化技术作为一种新兴的水处理技术在抗生素降解方面有良好的应用前景。由于传统光催化材料二氧化钛具有毒性低、价格低、稳定性好等优点，成为光催化材料的首选，但带隙宽、可见光利用率低等缺陷也极大地限了其在光催化领域的应用。
2、而本申请通过化学镀ni、溶胶-凝胶法和高温通氮气处理，制备具有肖特基异质结的磁性光催化剂(ni-nio/fe3o4@graphene-tio2)。
3、本光催化材料在自然光的条件下，可以把废水中的抗生素氧化还原为无毒的水和二氧化碳，再利用外加磁场回收光催化材料。该材料具有可直接利用自然光的能力，且具有容易回收、可重复利用且不会对水体造成二次污染等优点；即能处理废水中的抗生素又能回收光催化材料，避免造成二次污染。是实现低成本高效处理抗生素废水的有效途径，在废水处理方面显示出广阔的应用前景。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是克服上述缺陷，提供一种在自然光下高效降解抗生素的磁性光催化剂的制备方法及其在降解抗生素中的应用。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、本专利技术的一
4、本专利技术的另一个目的在于提供上述的在自然光下高效降解抗生素的磁性光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
5、(1)称取木质纤维素，溶解于去离子水中，均匀搅拌直到形成均匀的悬浊液；
6、(2)将木质纤维素溶液进行超声处理；
7、(3)制备a液和b液，然后将a、b液混合搅拌均匀，经超声震荡处理后，调节溶液ph至10，通过磁铁收集fe3o4@graphene纳米粒子，经清洗，烘干后，得到复合石墨烯，备用；
8、其中，所述a液包括：0.07g fecl2·4h2o、0.2gfecl3·6h2o和20ml蒸馏水；
9、所述b液包括：0.2g单层石墨烯和20ml无水乙醇；
10、(4)制备活化液a、活化液b、一次化学镀液c、二次化学镀液d，所述活化液a为浓盐酸和硫酸镍的混合液，其浓度为0.7-0.9ml/g；
11、所述活化液b为氢氧化钠和硼氢化钠的混合液，其质量比0.7-0.9:0.9-1.1；
12、所述一次化学镀液c为硫酸镍、柠檬酸钠、次亚磷酸钠和硫脲的混合镀液，其质量比为硫酸镍：柠檬酸钠：次亚磷酸钠：硫脲＝8.5-12：8-10：7-10：0.01-0.03；
13、所述二次化学镀液d为将250ml蒸馏水、50ml复合石墨烯溶液、硫酸镍9.9g、柠檬酸钠9.0g、次亚磷酸钠8.4g、硫脲9.0mg，最后滴加氨水调节镀液ph值至9.0，依次加入搅拌至全完溶解；
14、(5)将步骤(2)制备得的微/纳米木质纤维素作为样品，放入活化液a中活化，过滤后取出，放入活化液b中活化，活化成功后取出样品，将样品置于一次化学镀液c液中镀镍，然后置于二次化学镀液d中镀镍，2次镀镍处理后，过滤2次，将样品干燥处理，干燥后的样品过筛2次，获取外观形貌均匀的金属化纤维素，保存样品；
15、(6)将步骤4制备好的金属化纤维素与钛酸四丁酯按照质量比3：1、2：1、1：1、1：2、1：3，加入到50ml无水乙醇中，搅拌均匀后置于水浴中，使乙醇完全挥发，刮下灰白色的粉末；最后将其置于通氮气的管式炉中高温处理，得到ni-nio/fe3o4@graphene-tio2磁性中空棒状复合材料。
16、进一步，步骤(2)中所述超声处理为：利用超声波信号发生器分散木质纤维素；分散时间为180min，功率为960w，超声波水浴温度为30-40℃，气候环境影响其温度的设置。
17、进一步，所述超声波信号发生器的变幅杆放置于溶液高度的一半位置，变幅杆居于溶液圆心的位置，变幅杆远离超声波信号发生器温控传感器；超声波水浴过程中，将溶解有木质纤维素的容器置于放有冰块的装置内，期间不间断更换冰块，更换冰块频率为：夏季每15min换一次，冬季每30min换一次；所述超声波水浴温度为35℃。
18、进一步，步骤(3)中，a、b混合液利用磁力搅拌器搅拌30min，转速为200r/min；非接触式超声波细胞粉碎机型号为jx-2500w；设置超声功率为2000w、时间为30min、超声间隔为3s；利用氨水调节ph。
19、进一步，步骤(5)具体包括：将步骤(2)制备好的微/纳米木质纤维素作为样品，放入活化液a中活化15min，均匀搅拌，每隔2min搅拌1次，采用双层滤网过滤2次，取出样品后直到无液体滴落时，放入活化液b液中活化，活化时间为90s，均匀搅拌，每隔30s搅拌1次，采用双层滤网过滤2次，采用来回滚雪球的方式滤出样品，活化成功后取出样品，表面无活化液滴落时，将样品置于一次化学镀液c中，在ph＝9-9.5，温度为60℃的条件下镀镍25-35min，具体化学镀时间依据实验室条件，然后置于二次化学镀液d中连续化学镀镍，2次镀镍处理后，采用双层滤网过滤2次，将样品干燥处理，干燥后的样品采用双层滤网过滤2次，均匀晃动滤网进而获取外观形貌均匀的金属化纤维素，保存样品。
20、进一步，步骤(5)中活化成功的标志现象为：样品表面变为黑色，缝隙之间放出气泡，倘若样品没有出现活化成功的标志现象，立即重新活化样品，直到出现活化成功的标志现象。
21、进一步，步骤(6)中，利用机械搅拌器，转速为450r/min，混合金属化纤维素、乙醇和钛酸四丁酯，搅拌时间为25-30min，每隔2-5min左右晃动一次容器，然后将搅拌均匀的混合溶液置于水温99℃的水浴中反应，得到灰白色粉末材料。
22、进一步，步骤(6)中，步骤6中，高温制备过程中进行通氮气处理，所述管式炉型号为otf-1200x；管式炉设置3个时间段，以5℃/min的升温速率，2h达到600℃，600℃保温6h，降温至室温，最终得到ni-nio/fe3o4@graphene-tio2磁性中空棒状复合材料。
23、进一步，步骤(4)中，所述活化液a的浓度为0.8ml/g；所述活化液b中氢氧化钠和硼氢化钠的质量比为0.8:1；所述一次镀液c中硫酸镍、柠檬酸钠、次亚磷酸钠和硫脲的质量比为9.9：9：8.4：0.01；
24、所述一次化学镀液c的ph值为9-9.5；一次化学镀液c和二次化学镀液d调整ph前用酸度计测ph值，正常范围为5.2-5.8，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种在自然光下高效降解抗生素的磁性光催化剂在降解抗生素中的应用，其特征在于，所述催化剂以纳米木质纤维素为骨架，表面为Ni-NiO/Fe3O4@Graphene-TiO2复合材料，整体为中空棒状结构。
2.一种如权利要求1所述的在自然光下高效降解抗生素的磁性光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种在自然光下高效降解抗生素的磁性光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述超声处理为：利用超声波信号发生器分散木质纤维素；分散时间为180min，功率为960W，超声波水浴温度为30-40℃，气候环境影响其温度的设置。
4.根据权利要求3所述的一种在自然光下高效降解抗生素的磁性光催化剂的制备方法，其特征在于，所述超声波信号发生器的变幅杆放置于溶液高度的一半位置，变幅杆居于溶液圆心的位置，变幅杆远离超声波信号发生器温控传感器；超声波水浴过程中，将溶解有木质纤维素的容器置于放有冰块的装置内，期间不间断更换冰块，更换冰块频率为：夏季每15min换一次，冬季每30min换一次；所述超声波水浴温度为35℃。
6.根据权利要求2所述的一种在自然光下高效降解抗生素的磁性光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(5)具体包括：将步骤(2)制备好的微/纳米木质纤维素作为样品，放入活化液A中活化15min，均匀搅拌，每隔2min搅拌1次，采用双层滤网过滤2次，取出样品后直到无液体滴落时，放入活化液B液中活化，活化时间为90s，均匀搅拌，每隔30s搅拌1次，采用双层滤网过滤2次，采用来回滚雪球的方式滤出样品，活化成功后取出样品，表面无活化液滴落时，将样品置于一次化学镀液C中，在pH＝9-9.5，温度为60℃的条件下镀镍25-35min，具体化学镀时间依据实验室条件，然后置于二次化学镀液D中连续化学镀镍，2次镀镍处理后，采用双层滤网过滤2次，将样品干燥处理，干燥后的样品采用双层滤网过滤2次，均匀晃动滤网进而获取外观形貌均匀的金属化纤维素，保存样品。
7.根据权利要求6所述的一种在自然光下高效降解抗生素的磁性光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(5)中活化成功的标志现象为：样品表面变为黑色，缝隙之间放出气泡，倘若样品没有出现活化成功的标志现象，立即重新活化样品，直到出现活化成功的标志现象。
8.根据权利要求2所述的一种在自然光下高效降解抗生素的磁性光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(6)中，利用机械搅拌器，转速为450r/min，混合金属化纤维素、乙醇和钛酸四丁酯，搅拌时间为25-30min，每隔2-5min左右晃动一次容器，然后将搅拌均匀的混合溶液置于水温99℃的水浴中反应，得到灰白色粉末材料。
9.根据权利要求2所述的一种在自然光下高效降解抗生素的磁性光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(6)中，步骤6中，高温制备过程中进行通氮气处理，所述管式炉型号为OTF-1200X；管式炉设置3个时间段，以5℃/min的升温速率，2h达到600℃，600℃保温6h，降温至室温，最终得到Ni-NiO/Fe3O4@Graphene-TiO2磁性中空棒状复合材料。
10.根据权利要求2所述的一种在自然光下高效降解抗生素的磁性光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述活化液A的浓度为0.8mL/g；所述活化液B中氢氧化钠和硼氢化钠的质量比为0.8:1；所述一次镀液C中硫酸镍、柠檬酸钠、次亚磷酸钠和硫脲的质量比为9.9：9：8.4：0.01；
...【技术特征摘要】
1.一种在自然光下高效降解抗生素的磁性光催化剂在降解抗生素中的应用，其特征在于，所述催化剂以纳米木质纤维素为骨架，表面为ni-nio/fe3o4@graphene-tio2复合材料，整体为中空棒状结构。
2.一种如权利要求1所述的在自然光下高效降解抗生素的磁性光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种在自然光下高效降解抗生素的磁性光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述超声处理为：利用超声波信号发生器分散木质纤维素；分散时间为180min，功率为960w，超声波水浴温度为30-40℃，气候环境影响其温度的设置。
4.根据权利要求3所述的一种在自然光下高效降解抗生素的磁性光催化剂的制备方法，其特征在于，所述超声波信号发生器的变幅杆放置于溶液高度的一半位置，变幅杆居于溶液圆心的位置，变幅杆远离超声波信号发生器温控传感器；超声波水浴过程中，将溶解有木质纤维素的容器置于放有冰块的装置内，期间不间断更换冰块，更换冰块频率为：夏季每15min换一次，冬季每30min换一次；所述超声波水浴温度为35℃。
5.根据权利要求2所述的一种在自然光下高效降解抗生素的磁性光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，a、b混合液利用磁力搅拌器搅拌30min，转速为200r/min；非接触式超声波细胞粉碎机型号为jx-2500w；设置超声功率为2000w、时间为30min、超声间隔为3s；利用氨水调节ph。
6.根据权利要求2所述的一种在自然光下高效降解抗生素的磁性光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(5)具体包括：将步骤(2)制备好的微/纳米木质纤维素作为样品，放入活化液a中活化15min，均匀搅拌，每隔2min搅拌1次，采用双层滤网过滤2次，取出样品后直到无液体滴落时，放入活化液b液中活化，活化时间为90s，均匀搅拌，每隔30s搅拌1次，采用...
【专利技术属性】
技术研发人员：潘艳飞，邱凤奇，胡帅奇，薛振华，赵胜利，郭强，
申请(专利权)人：内蒙古农业大学，
类型：发明
国别省市：
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