[发明专利]一种赋磁介孔炭/纳米TiO2复合吸附剂及其制备方法

说明书

技术领域

    本发明属于纳米材料及其制备技术领域，具体涉及一种赋磁介孔炭/纳米TiO₂复合吸附剂及其制备方法。

背景技术

纳米二氧化钛（TiO₂）的禁带宽度为3.2eV，因此可以在紫外光照射条件下（波长≤387nm）使价带电子受激发跃迁至导带、留下具有电子捕获能力的光致空穴，而导带上的激发态电子也具有很高的活性，从而在半导体表面形成强烈的氧化-还原效应，对周边物质特别是有机物形成一定的氧化-分解作用；TiO₂颗粒尺寸越小，表面上的氧化-还原电位越高，对紫外光的吸收范围也会发生蓝移（吸收波长减小），有利于纳米TiO₂光催化效应的进一步增强。

纳米TiO₂的化学性能稳定、安全无毒副作用、催化性能优良、使用寿命长，作为一种高效光催化材料，适合用于废水处理等应用领域，可将有机污染物降解为H₂O、CO₂、PO₄^3-、NO₃^- 等小分子无机物。目前已发现的可被光催化降解的有机化合物达300多种，其中114种已通过美国环境保护局证实，包括甲基橙、甲基蓝、罗丹明-6G、 罗丹明-B、水杨酸、羟基偶氮苯、分散大红、含磺酸基的极性偶氮染料等。

在纳米TiO₂的废水处理实验中，也存在一些困扰已久的技术问题，可概括为以下两个主要方面：一是纳米TiO₂的光催化氧化作用有效范围较小，主要集中于颗粒表面附近，导致对有机污染物的降解速度会受到溶液中有机污染物分子扩散速度的显著影响，使得纳米TiO₂的光催化降解能力不能得到充分发挥；二是纳米TiO₂的颗粒细小，自溶液中的分离-回收困难，在开放式水体中还会出现大量流失，不利于废水处理过程的工艺控制。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种赋磁介孔炭/纳米TiO₂复合吸附剂及其制备方法，目的是改善纳米TiO₂的光催化降解能力、简化吸附剂的分离/回收工艺。

本发明的赋磁介孔炭/纳米TiO₂复合吸附剂，成分按照质量百分比含：50%~80% 纳米TiO₂，10%~20%磁性金属纳米粒子，10%~30%介孔炭；其中的介孔炭作为炭质基体，具有孔径<2nm的微孔、2-50nm的介孔、50nm~1μm的大孔和>1μm楔形宏观孔；所述纳米TiO₂为锐钛矿型，颗粒尺寸≤50nm，分布于炭质基体中；所述的磁性金属纳米粒子为过渡金属铁的氧化物、镍的单质或氧化物，包埋于炭质基体的介孔内。

本发明的赋磁介孔炭/纳米TiO₂复合吸附剂的制备方法，按照以下步骤进行：

（1）配制氢氧化钠或氢氧化钾的无水乙醇饱和溶液、镍盐或铁盐的无水乙醇饱和溶液，在机械搅拌条件下，将氢氧化钠或氢氧化钾的无水乙醇饱和溶液逐滴加入至镍盐或铁盐的无水乙醇饱和溶液中，持续搅拌1~3小时，在此过程中加入分散剂，得到含氢氧化镍或氢氧化铁的混合体系；

（2）配制酚醛树脂的无水乙醇饱和溶液，向其中加入纳米TiO₂颗粒，充分搅拌使其分散悬浮，将所得稳定悬浮体系缓慢滴加到含氢氧化镍或氢氧化铁的混合体系中，保持搅拌并在50~70℃的水浴条件下使无水乙醇蒸发干，然后在70~80℃的条件下持续烘干，得到松香状脆性固体，纳米TiO₂的加入量使最终产品中纳米TiO₂ 含量占50%~80%，氢氧化镍或氢氧化铁的加入量使最终产品中金属铁、镍的单质或氧化物含量占10%~20%；

（3）将松香状脆性固体粉碎至粒度100目以下，于600~800℃惰性气体环境下恒温2~4h进行炭化，控制升温速率为4~6℃/min，炭化后样品粉磨后过200目筛，采用蒸馏水洗涤至中性，80~110℃烘干，得到赋磁介孔炭/纳米TiO₂复合吸附剂。

其中，所述的镍盐是镍的无机盐或有机盐，包括硫酸盐、硝酸盐、卤化物或羰基盐，所述的铁盐是铁的无机盐或有机盐，包括硫酸盐、硝酸盐、卤化物或羰基盐，。

所述的分散剂是阳离子型表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵或阴离子型表面活性剂十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠。