[发明专利]一种纤维/碳纳米管/BiVO4三维可循环高效催化材料及其制备和应用

说明书

技术领域

本发明属于催化剂材料及其制备和应用领域，特别涉及一种纤维/碳纳米管/BiVO₄三维可循环高效催化材料及其制备和应用。

背景技术

全球仅约10％的水是直接为人类所用。最大的份额，70％用于农业，剩余的20％为工业用。中国的排污约为全球的20％，而它只得到全球的5％的新鲜水。因此，解决污染问题已列入议事日程。在纺织印染、皮革、造纸行业加工过程中，大量使用了污染环境和对人体有害的助剂，这些助剂大多以液体的形态排放而污染环境，生物降解性差，毒性大，游离甲醛含量高，重金属离子的含量超标。其中，印染湿整理更是无可争议地成为水污染大户。从上浆开始到退浆、水洗、练漂、丝光，然后染色印花、可能还需涂层，按此流程每道工序都涉及水洗，而每道工序每千克材料需20L耗水。结果是湿整理过程中每千克原棉的用水量加起来多达200L。当一件标准的男式衬衣定制后在商店橱窗展示时，超过2000L水在生产加工它时被用掉了(布料：纯棉，125g/m)。

目前使用的处理废水的方法主要有：物理分离法、生物降解法、化学分解法，但这些方法都存在一定的局限性，不利于可持续发展。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种纤维/碳纳米管/BiVO₄三维可循环高效催化材料及其制备和应用，本发明方法操作简单，成本低廉，对设备的要求低；水处理剂适用于各种废水的深度处理，环保无二次污染。

本发明的一种纤维/碳纳米管/BiVO₄三维可循环高效催化材料，多功能碳纳米管在纺织纤维表面构筑三维连续结构，其中多功能纳米管表面负载有纳米BiVO₄，形成纤维/碳纳米管/BiVO₄三维可循环催化材料。

多功能纳米管的比表面积为20～150m²/g；所述纳米BiVO₄为单斜晶型结构，晶粒大小为15～200nm；纺织纤维为柔性纺织纤维；纳米BiVO₄与多功能纳米管的质量比为1:5～20。

本发明的一种纤维/碳纳米管/BiVO₄三维可循环高效催化材料的制备方法，包括：

(1)将BiVO₄、稳定剂、模板剂、多功能碳纳米管加入到磷酸盐缓冲液中，搅拌30～60min，形成悬浊液，然后碱液调节pH＝5～6，180℃反应3～5h，得到多功能碳纳米管复合BiVO₄；其中BiVO₄与多功能碳纳米管的质量比为1:5～1:20；

(2)将纤维浸渍到0.05～0.75g/L碳纳米管复合BiVO₄和0.025～0.375g/L聚乙二醇2000分散液中，60-80℃反应2-4h，烘干，水洗，重复浸渍，烘干和水洗过程3-5次，即得纤维/碳纳米管/BiVO₄三维可循环高效催化材料。

所述步骤(1)中悬浊液中BiVO₄浓度为0.01～0.2mol/L；稳定剂为乙二胺四乙酸二钠、乙二胺四乙酸四钠、葡萄糖酸钠、丁烷四羧酸中的一种，稳定剂浓度为0.01～0.1mol/L。所述步骤(1)中模板剂为质量比1：3的三嵌段聚醚P123和三嵌段共聚物F127的混合物；模板剂浓度为0.01～0.1mol/L。

所述步骤(1)中磷酸盐缓冲液由浓度0.025～0.05mol/L磷酸二氢钠和0.05～0.1mol/L磷酸氢钠组成；碱液为：0.5mol/L～1.5mol/L的氢氧化钠或氢氧化钾的水溶液。

所述步骤：步骤(1)中多功能碳纳米管的制备方法，包括：

(a)将碳纳米管CNTs加入到FeCl₂溶液中，调节pH＝3，然后加入H₂O₂，室温超声0.5-2h，室温磁力搅拌6-8h，抽滤水洗到中性，抽滤，真空干燥，得产物a；其中碳纳米管CNTs、FeCl₂溶液、H2O2的比例为150～200mg：30～40mL：30～40mL；优选碳纳米管CNTs、FeCl₂溶液、H2O2的比例为200mg：4 0mL：40mL；其中真空干燥为60℃下真空干燥24h；