一种基于碳质材料的磁性复合光催化剂的制备方法技术

本发明专利技术是一种基于碳质材料的磁性复合光催化剂的制备方法，属环境材料制备技术领域。将多壁碳纳米管预处理得酸化的多壁碳纳米管；将活化的MWCNTs与乙二醇进行超声，再加九水硝酸铁超声，最后加醋酸钠、聚乙二醇（1500）和聚乙烯吡咯烷酮超声，得Fe3O4/MWCNTs。将无水乙醇和钛酸四正丁酯密封搅拌，乙醇、蒸馏水和浓盐酸混合溶液逐滴加入，继续密封搅拌；敞开搅拌至溶胶状，加入Fe3O4/MWCNTs匀速搅拌至凝胶状，陈化煅烧后得TiO2/Fe3O4/MWCNTs复合光催化剂。优点：光催化剂体系的可循环过程可有效提高光生电子和空穴对分离效率；磁性光催化剂有助于提高催化剂的回收率，能较好的处理硫醇类废水。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术是，属环境材料制备
。将多壁碳纳米管预处理得酸化的多壁碳纳米管；将活化的MWCNTs与乙二醇进行超声，再加九水硝酸铁超声，最后加醋酸钠、聚乙二醇（1500）和聚乙烯吡咯烷酮超声，得Fe3O4/MWCNTs。将无水乙醇和钛酸四正丁酯密封搅拌，乙醇、蒸馏水和浓盐酸混合溶液逐滴加入，继续密封搅拌；敞开搅拌至溶胶状，加入Fe3O4/MWCNTs匀速搅拌至凝胶状，陈化煅烧后得TiO2/Fe3O4/MWCNTs复合光催化剂。优点：光催化剂体系的可循环过程可有效提高光生电子和空穴对分离效率；磁性光催化剂有助于提高催化剂的回收率，能较好的处理硫醇类废水。【专利说明】
本专利技术涉及一种利用水热合成和溶胶-凝胶结合的方法制备磁性二氧化钛/四氧化三铁/多壁碳纳米管复合光催化剂的方法，属于环境材料制备
。
技术介绍
2-巯基-1-甲基咪唑，作为一种硫醇，用于治疗甲状腺机能亢进和非氰化物镀银。但是其抗药性及其副作用也同时严重影响人们的生活。因此，合理处理生活废水中2-巯基-1-甲基咪唑是很重要的。目前，已经采用多种技术，如吸附，生物降解，加氢脱硫和电化学降解处理硫醇。其中，光催化技术因无毒，稳定，见效快，能耗低的特点，在能源和环境领域发挥了重要作用。由于半导体光催化剂二氧化钛具有良好的光催化活性，稳定性高，成本低和毒性低，已被广泛地应用于废水处理。通过对二氧化钛进行改性来处理处理生活中的废水、废气等污染物已取得很好的效果。碳纳米管具有独特的结构，机械强度高，好的导电性和热稳定性，在环境处理方面可以提高半导体光催化活性。另一方面，将磁性材料如四氧化三铁纳米粒子负载到碳纳米管上，已被引入到环境清洁领域。由于四氧化三铁具有磁性，制备的磁性复合光催化剂可以简单的通过外部磁场进行分离，并且重复使用。更重要的是，四氧化三铁和碳纳米管的引入，能够有效的提高二氧化钛的光催化活性，促进体系的光催化降解能力。
技术实现思路
本专利技术以水热合成和溶胶-凝胶为制备手段，制备出一种基于碳质材料的磁性Ti02/Fe304/iMWCNTs复合光催化剂。其优点在于在体系中构建一个循环过程，实现光生电子与空穴对的有效分离；能够有效的利用光源达到有效降解环境中硫醇废水的目的。本专利技术采用的技术方案是: (l)Fe304/MWCNTs的制备:将多壁碳纳米管用体积比为1:3的浓硝酸和浓硫酸混合溶液在60 °C搅拌6 h，洗涤并在5(T70 °C真空干燥一夜，如此酸化处理即得到活化的MWCNTs ;将活化的MWCNTs与一定体积的乙二醇加入反应釜中超声20 min,再加九水硝酸铁超声溶解20 min(其中九水硝酸铁与MWCNTs质量比为40:1 )，最后加入醋酸钠(其中醋酸钠与九水硝酸铁质量比为6:5)，一定量的聚乙二醇(1500)和聚乙烯吡咯烷酮超声20 min。200 V水热合成12 h，分别用水和乙醇洗涤，5(T70 °C真空干燥一夜，即得到Fe304/MWCNTs。(2) Ti02/Fe304/MWCNTs复合光催化剂的制备:将无水乙醇和钛酸四正丁酯按体积比18:5加入到三口烧瓶中，40 °〇密封搅拌15 min ;将体积比为180:15:1的乙醇、蒸馏水和浓盐酸的混合溶液，逐滴加入到上述溶液中，混合溶液和上述钛酸四正丁酯的体积比为196:5，继续密封搅拌10 min ;非密封搅拌至溶胶状，将上述步骤(1)中制得的一定量的Fe304/MWCNTs浸入上述TiO2溶胶中，Fe304/MWCNTs和TiO2溶胶质量比约为1:70，匀速搅拌至凝胶状，在室温下陈化2?4 h;在氮气氛围中，500 °C煅烧干凝胶4 h，自然冷却至室温，SP得到Ti02/Fe304/MWCNTs复合光催化剂。其中步骤(I)中活化的MWCNTs与乙二醇比为30:25 mg/mL，聚乙二醇(1500)和聚乙烯吡咯烷酮的质量比为40:1。本专利技术采用水热合成技术制备出Fe304/MWCNTs，用溶胶-凝胶技术对其进行表面修饰制备出具有较高催化活性的磁性Ti02/Fe304/MWCNTs复合光催化剂。光催化活性评价:在GHX-2型光化学反应仪(购自扬州大学教学仪器厂)中进行，紫外光灯照射，将50 mL 2-巯基-1-甲基咪唑模拟废水加入反应器中并测定其初始值，然后加入复合光催化剂，磁力搅拌并开启曝气装置通入空气使催化剂处于悬浮或飘浮状态，光照过程中间隔10 min取样分析，磁分离后取液体在紫外分光光度计λ_=251 nm处测定吸光度，并通过公式:Dr= X 100%计算降解率，其中C。为开始光降解时2-巯基-1-甲基咪唑溶液的初始浓度，Ci为定时取样测定的2-巯基-1-甲基咪唑溶液的浓度。本专利技术的技术优点:光催化剂体系的可循环过程可以有效的提高光生电子和空穴对的分离效率；磁性光催化剂有助于提高催化剂的回收率；能够较好的处理硫醇类废水。【专利附图】【附图说明】图1 0.1g光催化剂紫外光降解50 mL的10 mg L—1的2_巯基-1-甲基咪唑。TiO2/Fe304/MWCNTs复合催化剂对50 mL的10 mg/L的2-巯基-1-甲基咪唑的紫外光降解率达82.7%，表明制得的光催化剂具有良好的光催化活性。图2 XRD 图谱。MWCNTs, Fe304/MWCNTs 和 Ti02/Fe304/MWCNTs 复合光催化剂的 X 射线衍射图。从图中可以看出复合光催化剂中TiO2的衍射特征峰为锐钛矿型。图 3 SEM 和 EDS: (a)纯化 MWCNTs (b) Ti02/Fe304/MWCNTs.TEM: (a)纯化 MWCNTs (b) Ti02/Fe304/MWCNTs。纯化的MWCNTs和Ti02/Fe304/MWCNTs复合催化剂的SEM, EDS和TEM图，从图中可以看出MWCNTs表面发生变化。图4 UV-vis DRS谱图。Ti02/Fe304/MWCNTs复合催化剂的紫外可见漫反射图。从图中可以看出，复合光催化剂在紫外可见区域具有很高的吸收强度。图5 FT-1R 光谱。原始 MWCNTs 和 Ti02/Fe304/MWCNTs 的 FT -1R 谱图。说明对复合光催化剂有好的改性。图6磁化曲线。Ti02/Fe304/MWCNTs复合催化剂的磁滞回线图。表明样品具有铁磁性。【具体实施方式】下面结合具体实施实例对本专利技术做进一步说明。实施例:(I)将0.5g多壁碳纳米管用15 mL浓硝酸和45 mL浓硫酸(体积比为1:3)在60 °C搅拌6 h，洗涤至中性并在50 °C真空干燥一夜，如此酸化处理即得到活化的MWCNTs ;将活化的30 mg的MWCNTs与25 mL乙二醇加入反应釜中超声20 min，再加1.239g九水硝酸铁(其中九水硝酸铁与MWCNTs质量比为40:1)超声20 min，最后加入1.5 g醋酸钠(其中醋酸钠与九水硝酸铁质量比为6:5),0.4 g聚乙二醇(1500)和10 mg聚乙烯吡咯烷酮超声20 min。200 1:水热合成12 h，分别用水和乙醇洗涤几次，50 °C真空干燥一夜，即得到 Fe304/MWCNTs。(2) Ti02/Fe304/MWCNTs复合光催化剂的制备:将36 mL无水乙醇和10 mL钛酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于碳质材料的磁性复合光催化剂的制备方法，按照下述步骤进行：（1）Fe3O4/MWCNTs的制备：将多壁碳纳米管用体积比为1：3的浓硝酸和浓硫酸混合溶液在60?℃搅拌6?h，洗涤并在50?70?℃真空干燥一夜，如此酸化处理即得到活化的MWCNTs；将活化的MWCNTs与一定体积的乙二醇加入反应釜中超声20?min，再加九水硝酸铁超声溶解20?min，最后加入醋酸钠，一定量的聚乙二醇（1500）和聚乙烯吡咯烷酮超声20?min，200?℃水热合成12?h，分别用水和乙醇洗涤，50?70?℃真空干燥一夜，即得到Fe3O4/MWCNTs；（2）TiO2/Fe3O4/MWCNTs复合光催化剂的制备：将无水乙醇和钛酸四正丁酯按体积比18:5加入到三口烧瓶中，40?℃密封搅拌15?min；将体积比为180:15:1的乙醇、蒸馏水和浓盐酸的混合溶液，逐滴加入到上述溶液中，混合溶液和上述钛酸四正丁酯的体积比为196:5，继续密封搅拌10?min；非密封搅拌至溶胶状，将上述步骤（1）中制得的一定量的Fe3O4/MWCNTs浸入上述TiO2溶胶中，Fe3O4/MWCNTs和TiO2溶胶质量比约为1:70，匀速搅拌至凝胶状，在室温下陈化2?4?h；在氮气氛围中，500?℃煅烧干凝胶4?h，自然冷却至室温，即得到TiO2/Fe3O4/MWCNTs复合光催化剂。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋银花，罗莹莹，逯子扬，霍鹏伟，邢伟男，冯禹翔，杨思宇，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：