[发明专利]一种可见光催化降解有机污染物的复合纤维材料的制备方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及到一个绿色化学路线将铋系复合氧化物负载于纺织纤维材料上，制备出一种复合的功能纺织纤维材料。该复合材料具有可见光照射下催化净化污水和空气中有机污染物的性能。该研究可利用纤维材料独特的网毡结构来固载粉末光催化剂，在污水处理、空气净化中避免催化剂的流失和团聚，提高可分离和重复使用性能，属于有机无机复合材料和光催化有机污染物降解的技术领域。

二、背景技术

随着农药、染料、石油化工等化学工业的迅速发展，环境污染问题变得日益严重。其中，印染废水已成为当前最主要的水体污染源之一，尤其是近年来，随着染料制备工业和染料应用的飞速发展，染料种类和助剂日益繁多，而且大多是难降解物质，其中有的还含有苯环、胺基、偶氮基团等致癌物质，这些都给染料废水的处理增加了难度。一些传统处理方法，如混凝沉淀法、吸附法、膜分离法、气浮法等都属于非破坏性的物理处理方法，只是对染料进行相间转移，并没有真正对染料进行矿化，并且有二次污染以及吸附剂再生等问题一直得不到合理解决。而采用生物法处理染料废水也存在问题，在好氧条件下不易生物降解，而在厌氧条件下，染料又极易转化成芳香胺等致癌物，对人体健康产生巨大威胁，并且处理时间比较长。

光催化氧化是一种新型的高级氧化技术(Advanced oxidation processes，AOPs)，该技术与其它生物、化学处理方法相比，具有效率高、能耗低、操作简便、反应条件温和、使用范围广、无毒无二次污染等特点。因此，将光催化技术应用于废水处理，或者作为预处理方法对传统废水处理工艺进行改造或强化，可提高废水的处理效果，具有重要的研究价值。近年来，光催化氧化已成为高级氧化技术的研究热点，引起了国内外环保工作者的广泛重视[1]。

光催化氧化中使用的光催化剂大多是TiO₂。由于TiO₂的禁带宽度为3.2eV(300nm)，只能吸收占太阳光谱约5％的紫外光，而占50％的可见光却得不到有效利用。虽然研究者对TiO₂进行了很多改性，包括掺杂、敏化、复合等各种手段以扩展其对太阳能的吸收性能，但伴随而来的是处理效率降低、成本升高等许多问题。据报道，将Bi³⁺，In³⁺，Sn²⁺等具有s²电子和具有d¹⁰电子的Ag⁺添加到氧化物体系中，可以与O_2p轨道杂化而提升价带电势，从而使带隙变窄而具有可见光响应性能。直接含有Bi³⁺的复合氧化物，如BiVO₄，Bi₂MoO₆，Bi₂WO₆，AgVO₄，或MIn₂O₄(M＝Ca，Sr，Ba)等均是较好的可见光催化剂。Bi-M-O(M＝Mo，W，V)系列化合物由于Bi³⁺的存在，使其同时具备可见光响应的能带结构和高的光生载流子移动性和强氧化性能，被作为潜在的高效可见光催化材料得到了广泛研究[8-24]。但是这些复合氧化物的比表面积相对较低，不利于污水和空气中的有机污染物的富集，从而影响光催化剂对有机污染物的降解效率。另外，粉末状的光催化剂易随水流失，不利于催化剂的回收再利用，而且超细粉末光催化剂用于废水处理时容易团聚，降低效率。

本发明的目的在于利用纺织纤维含有丰富的微孔且孔径分布窄，比表面积大以及吸附容量大，吸附速率高的特点，将具有强的光催化氧化性能的铋系光催化剂与纺织纤维复合，制备出复合纤维材料，并用于废水处理和空气净化。这样，不仅发挥这些光催化剂的高效可见光催化氧化性能，而且可充分利用纤维丰富的孔隙、网状结构和高比表面积等优异性能以固载粉末光催化剂，避免其流失和团聚，增强复合光催化材料的实用性。

本发明方法所述的纤维包括各种天然和合成纤维，例如碳纤维、碳纳米管、纺织纤维、非织造布、棉纤维等。

本发明方法合成的铋系光催化剂包括钒酸铋、钼酸铋、钨酸铋、三氧化二铋、铋酸盐等化合物。光催化材料以微纳米状态固载于纤维表面，颗粒大小为200-500纳米。

本发明方法合成的铋系纤维复合光催化材料，在有机物光催化降解中表现出较高的可见光催化活性，而且避免了光催化材料的流失。

三、发明内容