[发明专利]金属氧化物/棉纤维复合材料的制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种金属氧化物/棉纤维复合材料的制备方法及其在光催化降解偶氮染料废水中的应用。

背景技术

印染废水中大多含有苯环、偶氮基团、胺基等致癌物质，目前，国内外处理染料废水的方法主要有物理处理法、化学处理法、生化处理法、电化学处理法等。活性炭是一种常用的物理法，但由于不易再生，处理效果不理想，使它的应用受到限制，20世纪膜分离技术已开始工业化应用，应用于处理废水方面主要是超滤和反渗透，但是由于浓差极化和膜污染等问题的存在，导致运行中渗透通量随运行时间的延长而下降，同时膜价格较贵，因此，成本较高，严重阻碍膜分离技术大规模投入工业生产的应用。生物法因运行成本较低，处理效果好而得到广泛应用，但是其对色度的去除率效果较差，化学氧化和电化学氧化的处理成本相对较高，零价铁还原法虽是一种处理染料废水的重要方法，但普通零价铁的还原速度较慢，效率较低。近年来，光催化作为含染料等难降解有机物废水的高效、环境友好处理技术备受关注。半导体光催化技术处理环境污染物，不仅可以去除气相中的污染物，同时对废水中的污染物具有很好的降解效果，具有广泛的适用性。半导体光催化剂可以将污染物深度降解转化为CO₂和H₂O及其它无机小分子如SO₄^2-、PO₄^3-、NO₃^-、卤素等，达到完全矿化的目的。另外，光催化还可以去除如氯仿、有机磷化合物、多氯联苯及多环芳烃等难降解或用其他方法难以去除的物质。因此，半导体光催化技术在环境保护等方面具有很大的发展潜力。

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题在于克服现有技术存在的缺点，提供一种简单实用、成本低廉和绿色环保的金属氧化物/棉纤维复合材料的制备方法。

本发明所要解决的另一个技术问题在于为上述金属氧化物/棉纤维复合材料提供一种新用途。

解决上述技术问题所采用的技术方案是它由下述步骤组成：

1、碱处理棉纤维

将棉纤维完全浸入到0.10mol·L^-1的NaOH水溶液中，室温静置12小时，过滤，用蒸馏水洗至滤出液为中性，然后在60℃干燥24小时。

2、制备金属氧化物/棉纤维复合材料

将无机盐加入蒸馏水中，混合均匀，再加入步骤1碱处理后的棉纤维，静置30分钟，抽滤，用乙酸乙酯洗涤，然后将其分散于乙酸乙酯中，碱处理后的棉纤维与无机盐、蒸馏水、乙酸乙酯的质量比为1:20～40:150:270～450，搅拌，用0.10mol/L的NaOH水溶液调节溶液的pH值至8～10，100～130℃回流12～48小时，过滤，干燥，得到金属氧化物/棉纤维复合材料。

上述的无机盐为Cu²⁺、Ni²⁺、Ce³⁺或Sn⁴⁺的无机盐。

本发明所制备的金属氧化物/棉纤维复合材料为氧化铜/棉纤维复合材料、氧化锡/棉纤维复合材料、氧化铈/棉纤维复合材料或氧化镍/棉纤维复合材料。

本发明的制备金属氧化物/棉纤维复合材料步骤2中，将无机盐加入蒸馏水中，混合均匀，再加入步骤1碱处理后的棉纤维，静置30分钟，抽滤，用乙酸乙酯洗涤，然后将其分散于乙酸乙酯中，碱处理后的棉纤维与无机盐、蒸馏水、乙酸乙酯的质量比最佳为1:30:150:225，搅拌，用0.10mol/L的NaOH水溶液调节溶液的pH值至8～10，最佳在120℃回流24小时，过滤，干燥，得到金属氧化物/棉纤维复合材料。

本发明金属氧化物/棉纤维复合材料在光催化降解偶氮染料废水中的用途。其具体使用方法为：向待处理的偶氮染料废水中加入金属氧化物/棉纤维复合材料，金属氧化物/棉纤维复合材料的加入量为偶氮染料废水中偶氮染料含量的75～90倍，搅拌，用紫外光照射3小时。

本发明优选用氧化铈/棉纤维复合材料或氧化镍/棉纤维复合材料光催化降解偶氮染料废水。

本发明以棉花纤维素为模板，采用水热低温结晶法，制备成金属氧化物/棉纤维复合材料，该方法操作简单，条件温和，成本低廉，绿色环保。所制备的金属氧化物/棉纤维复合材料用于降解偶氮染料废水，相对传统填料用量少，且经济实用，对偶氮染料的降解效果好，实验结果表明，氧化铈/棉纤维复合材料和氧化镍/棉纤维复合材料对偶氮染料废水中甲基橙的脱色率可达到97%以上。

附图说明