[发明专利]多孔空心结构三氧化二镓光催化剂的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种多孔空心结构三氧化二镓光催化剂的制备方法，具体步骤如下：氧化镓和碳酸钠，于马弗炉内焙烧，自然冷却后获得NaGaO₂前驱体；将制得的NaGaO₂前驱体和超纯水混合，然后逐滴加入盐酸溶液，继续搅拌10min后密封；将制得的悬浊液置于烘箱中反应，自然冷却到室温，溶液中出现白色沉淀；将白色沉淀洗涤、离心、干燥，即可获得具有不同形貌结构的GaOOH前驱体；将GaOOH前驱体于马弗炉内焙烧即可获得多孔空心结构Ga₂O₃。本发明公开的多孔空心结构三氧化二镓光催化剂制备方法简单、能耗低；本发明公开的制备方法所制备的多孔空心结构三氧化二镓的纯度高。

技术领域

本发明属于抗生素废水处理材料技术领域，具体涉及处理抗生素废水的多孔空心结构三氧化二镓光催化剂的制备方法及应用。

背景技术

抗生素的广泛使用导致其大量的存在于水体中，不仅影响了水体中微生物的数量及种群的减少，破坏了水体自身对污染物的净化能力，而且部分抗生素还具有致癌和致畸的作用，直接影响水体的生态平衡，乃至人类的生命健康。目前，虽然我国生活污水处理技术已经趋于成熟，但处理水中微量难降解抗生素废水的技术却十分缺乏。抗生素废水毒性大，生物降解性能差，处理难度大，采用传统的废水处理方法如吸附法、电化学和膜过滤技术无法彻底将其去除，而且会导致二次污染。生物处理法则因抗生素对微生物的毒性限制了微生物的生长从而不能达到理想的降解效果。因此，研究新型高效的技术用以处理微量难降解抗生素废水已成为环境保护技术领域亟待解决的一个难题。目前光催化氧化技术因其能耗低，矿化度高，反应条件温和等优点被广泛用于难降解有机废水的研究，在解决环境问题方面有着良好的应用前景。

镓系催化剂是目前研究较多的光催化剂之一，包括AgGaO₂、ZnGa₂O₄、NiGa₂O₄、Ga₂O₃等，被广泛的用于处理各种难降解的有机污染物。镓系催化剂也为d¹⁰电子结构光催化剂，一般为宽带隙半导体。它们价带导带上空穴和电子的电位高，可以有效的氧化表面吸附的水或氧气，产生一系列活性自由基，进而分解有机物。大量的研究表明光催化剂的形貌结构对其性能影响较大，采用无模板法合成具有多孔和空心结构的光催化剂是研究的热点之一。目前，关于多孔空心结构Ga₂O₃光催化降解抗生素的研究还鲜有报道。因此，研究形貌结构对Ga₂O₃光催化性能的影响规律具有重要的理论意义。这不仅丰富了形貌调控理论内容，而且对于开发新型镓系半导体光催化具有重要的参考价值。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明提供多孔空心结构三氧化二镓光催化剂的制备方法及应用，制备方法简单、能耗低，所制备的多孔空心结构三氧化二镓光催化剂纯度高、结晶度好且光催化性能良好。

本发明的目的是以下述方式实现的：

多孔空心结构三氧化二镓光催化剂的制备方法，具体步骤如下：

（1）称取氧化镓和碳酸钠，将其研磨混合均匀，于马弗炉内850-900℃焙烧12-15h，自然冷却后获得NaGaO₂前驱体；其中氧化镓和碳酸钠的摩尔比为1:1；

（2）将步骤（1）制得的NaGaO₂前驱体和超纯水混合，NaGaO₂前驱体和超纯水的配比为2mmol:30mL，超声震荡，然后在搅拌状态下逐滴加入盐酸溶液，使所生成的悬浊液的pH值控制在2.8-9.0范围内，继续搅拌10min后密封；

（3）将步骤（2）制得的悬浊液置于烘箱中反应，反应结束后，自然冷却到室温，溶液中出现白色沉淀；

（4）将步骤（3）获得的白色沉淀洗涤、离心、干燥，即可获得具有不同形貌结构的GaOOH前驱体；