[发明专利]纤维素基大孔凝胶复合氧化亚铜可见光催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合催化剂的制备方法，特别涉及一种纤维素基大孔凝胶复合氧化亚铜可见光催化剂的制备方法。

背景技术

水环境污染已成为世界各国实施可持续发展所面临的重大课题，而纺织印染行业所排放的染料等有机污染物废水是其中一个重要的污染源。据不完全统计，全世界染料总产量为70多万吨，主要被纺织印染业所消耗。而在纺织品的印染过程中大约有10%-15%的染料被直接排放到自然水体。在这些印染废水中，染料成分复杂，色度高，而且大多数难生物降解，还含有多种具有生物毒性的或具有致癌、致畸和致突变的有机物，如未经严格处理就排入周围环境，不但会造成受纳水体和环境的严重污染，还会对地下水及地表水造成次生污染，给人体及生态环境造成严重的潜在威胁。因此，开发有效的染料及染色工业废水处理技术是一项十分重要的研究课题。

目前工业上普遍采用吸附法、化学絮凝法、化学氧化法、离子交换、生物法等处理染料废水，这些处理技术取得了一定成效，但也存在一些问题。因此各国学者致力于研究和开发新的处理技术来克服传统处理方法的不足。其中，可见光催化氧化技术被认为是一种最有希望的废水处理新技术。其主要特点是利用可见光照射半导体催化剂，产生强氧化性的羟基自由基降解污染物，最终产物是CO₂和水，不会引起二次污染。

在众多已研究的半导体光催化剂中，氧化亚铜（Cu₂O）是最近十年来可见光催化的研究热点。它的禁带宽度仅为2.17eV，能被可见光激发产生光生电子空穴对，即在太阳光的照射下就可以引发光催化反应，因此在可见光催化降解有机污染物方面具有很大的潜力。然而Cu₂O自身也存在光量子效率较低、催化降解染料后难回收等缺点。通过将其制成担载型光催化剂或复合型光催化剂被认为是有效的方法。如活性炭负载氧化亚铜光催化剂用于酚类有机污染物的降解（CN 102580742A），碳纳米管复合氧化亚铜可见光催化剂用于甲基橙的降解（CN 102872868A），硅藻土负载氧化亚铜催化剂用于活性红的降解（CN 102107138A），玻璃纤维负载氧化亚铜可见光催化剂用于亚甲基蓝的降解（CN 103191738A），这些专利技术均表明担载型或复合型Cu₂O光催化剂较单纯的Cu₂O光催化剂具有较高的催化活性。但由于催化体系、染料结构和性质差异，染料在催化材料表面的吸附量不高进而导致催化降解污染物的效果不理想。

纤维素基凝胶是以自然界中储量最丰富的纤维素为主要原料，通过接枝聚合方法制得的一类具有三维网络结构的高分子材料。通过工艺设计，可赋予其多种活性基团、独特的多孔结构、高比表面积、优良热稳定性以及高吸附容量等特性。经广泛检索未发现采用纤维素基凝胶复合纳米氧化亚铜及其光催化降解有机污染物的报道。

发明内容

为了解决背景技术中的问题，本发明的目的是提供一种纤维素基大孔凝胶复合氧化亚铜可见光催化剂的制备方法，通过其分子结构中多活性基团对不同类型有机染料分子的普适吸附及其大孔结构的快速响应，以及氧化亚铜的可见光催化活性相结合，构建普适、高效的新型可见光驱动的纤维素基大孔凝胶复合氧化亚铜催化降解体系，解决当前复杂水体中染料等有机污染物去除效果不理想的问题。

本发明的技术方案的方法步骤如下：

（1）纤维素基大孔凝胶的制备：将纤维素溶解于7wt%NaOH和12wt%尿素的混合溶液中，获得质量分数为3.3%的透明纤维素溶液；然后常温下加入引发剂过硫酸铵引发10min，再依次加入交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酸及丙烯酰胺单体后，0℃~-18℃低温聚合12h，产物经水洗、挤出造粒后，冷冻干燥，得到含有-OH、-COOH、-NH₂多活性基团的纤维素基大孔凝胶，纤维素基大孔凝胶中的纤维素、过硫酸铵、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯酰胺的质量比为1：0.1：（0.03~0.05）：（1~4）：（0~4）；

（2）纤维素基大孔凝胶复合氧化亚铜可见光催化剂的制备：将步骤（1）中得到的0.1~0.5g纤维素基大孔凝胶浸入30mL浓度为0.1~1.0mol/L的含Cu²⁺水溶液中直至吸附平衡，加入30mL浓度为1.0~3.0mol/L的NaOH水溶液后，再加入40mL浓度为0.3~2.0mol/L的葡萄糖溶液，再60~90℃水浴反应30~120min后，过滤取出固体，经水洗涤后冷冻干燥，得到纤维素基大孔凝胶复合氧化亚铜可见光催化剂。