[发明专利]一种基于脱脂棉生物形态的Mn3

说明书

本发明公开了一种基于脱脂棉生物形态的Mn₃O₄/ZnO/ACFs微马达光催化剂及其应用。该光催化剂利用脱脂棉通过化学活化在氮气保护下煅烧得到活性炭纤维(ACFs)，其保留了脱脂棉纤维的中空管状形貌，通过微波法在ACFs上生长氧化锌纳米棒(ZnO)，然后利用高锰酸钾水热处理法合成Mn₃O₄/ZnO/ACFs微马达光催化剂。本发明基于脱脂棉天然的不对称形貌制备微马达，工艺过程相对简单，在可见光照射下在含H₂O₂的水体环境中能够高效地降解水体中的染料污染物。

技术领域

本发明涉及一种染料废水处理方面的催化剂，具体涉及一种基于脱脂棉的生物形态的 Mn₃O₄/ZnO/ACFs微马达光催化剂及其应用。

背景技术

近年来，随着人口的增加以及工业化的推进，水质已经遭到了不同程度的污染，其中包括印染废水。目前污水通常将吸附和光催化进行结合，通过吸附将污染物富集在吸附剂表面，再利用负载在吸附剂表面的异质结光催化剂对污染物分子进行降解。相比于传统静止状态下对于污染物分子的降解，若能实现吸附光催化剂的自主运动则会促进液相中微观物质的传输，从而提高降解能力和效率。

微米马达是微米尺度上能将化学能或其他形式的能量转化为机械能从而推动微马达运动的人工器件。化学燃料H₂O₂分解为气泡驱动的微马达可以提供较大的驱动力因而受到广泛关注。在微马达的制备过程中由于化学组成或结构的不对称产生的不对称合力对于微马达的运动尤为重要。天然的脱脂棉本身具有中空管状不对称的结构可以产生单向合力从而实现单向运动。因此，基于脱脂棉的不对称生物形态，以其为碳源制备活性炭纤维，并在其表面负载异质结光催化剂Mn₃O₄/ZnO。在含H₂O₂的水体环境中，一方面Mn₃O₄可以作为催化剂催化分解H₂O₂产生气泡，由于Mn₃O₄/ZnO/ACFs的管状不对称形貌，气泡会产生不对称合力推动微马达运动。另一方面，Mn₃O₄和ZnO形成异质结，在光照条件下会产生电子-空穴对， H₂O₂作为一种电子清除剂会促进电子-空穴对的分离。因此H₂O₂具有双功效，H₂O₂不仅作为微马达驱动的燃料，促使Mn₃O₄/ZnO/ACFs动态地降解污染物，而且H₂O₂作为电子清除剂，可提高微马达的光催化降解效率。由于Mn₃O₄/ZnO/ACFs微马达在污染水体中的自驱动运动，可极大提高与污染物的接触几率，动态、高效光催化降解污染物。

发明内容

本发明的内容在于提供一种基于脱脂棉的生物形态的Mn₃O₄/ZnO/ACFs微马达光催化剂。本发明利用脱脂棉通过化学活化在氮气保护下煅烧得到活性炭纤维(ACFs)，其保留了脱脂棉纤维的中空管状形貌，通过微波法在ACFs上生长氧化锌纳米棒(ZnO)，然后利用高锰酸钾水热处理法合成Mn₃O₄/ZnO/ACFs微马达。在含H₂O₂的水体环境中，Mn₃O₄可以作为催化剂催化分解H₂O₂产生气泡，由于Mn₃O₄/ZnO/ACFs保持了脱脂棉纤维天然的管状不对称形貌，在Mn₃O₄/ZnO/ACFs表面持续脱落的气泡会产生不对称合力推动微马达运动。