[发明专利]一种能光降解染料微流控制备载铜纳米二氧化钛壳聚糖复合微球的方法

说明书

本发明公开了一种能光降解染料微流控制备载铜纳米二氧化钛壳聚糖复合微球的方法，将钛酸四丁酯溶液加入到酸性溶液中，混合后形成纳米二氧化钛凝胶，使用有机溶剂将纳米二氧化钛凝胶与端氨基超支化聚合物混合得到混合液，然后向混合液内加入铜离子溶液，经干燥后得载铜纳米二氧化钛粉末，载铜纳米二氧化钛粉末和壳聚糖加入到酸性溶液中混合得到分散相，将失水山梨醇脂肪酸酯与烃类混合物混合得到连续相，分散相与连续相通过微流控的方式混合，干燥得到载铜纳米二氧化钛壳聚糖复合微球。本发明中微流控制备复合微球对材料的利用率高，微球自身的催化表面积大、催化活性高，能有效降低染料浓度，减少染料废水中的有毒成分，保护环境和水资源。

技术领域

本发明涉及一种光催化降解材料的制备方法，具体涉及一种能光降解染料微流控制备载铜纳米二氧化钛壳聚糖复合微球的方法。

背景技术

社会的不断发展，推动着化学工业的发展，但在发展过程中工业废水也在不断地增加。染料废水是主要的有害工业废水之一，主要来源于染料及染料中间体生产行业，由各种产品和中间体结晶的母液、生产过程中流失的物料及冲 刷地面的污水等组成。随着染料工业的不断壮大，其生产废水已成为主要的水体污染源。在染料生产过程中如磺化、硝化、重氮化、还原、氧化以及酸（盐）析等工序中都有大量的污染物产生。据估计，在染料生产中有90%的无机原料和10%-30%的有机原料转移到水中，污染物浓度高，废水成分复杂，含有大量的有机物和盐份，具CODCr高，色泽深，酸碱性强等特点，一直是废水处理中的难题，已成为环境重点污染源之一。

染料废水排放到环境水体中，导致对自然水体的污染。其主要危害如下：

（1）染料的色度废水中的染料能吸收光线，降低水体的透明度，大量消耗水中的氧，造成水体缺氧，影响水生生物和微生物生长，破坏水体自净，同时易造成视觉上的污染。

（2）染料是有机芳香族化合物苯环上的氢被卤素、硝基、胺基取代以后生成的芳香族卤化物、芳香族硝基化合物、芳香族胺类化学物、联苯等多苯环取代化合物，生物毒性都较大，有的还是“三致”物质。

（3）染料中存在的重金属废水中的铬、铅、汞、砷、锌等重金属盐类无法生物降解，他们在自然环境中能长期存在，并且会通过食物链不断传递，在人体内积累。在日本就曾发生过重金属汞和福污染而造成的“水俣病”等公害事件。

（4）废水中有机物含量高，成分复杂，有害物质含量高。一般的酸、碱、盐等物质和肥皂等洗涤剂虽然相对无害，但他们对环境仍有一定影响。近年来，许多含氮、磷的化合物大量用于洗净剂，尿素也常用于印染各道工序，使废水中总磷、总氮含量增高，排放后使水体富营养化。如果染料废水不加处理直接排放，将会对日益紧张的饮用水源造成极大的威胁。

纳米二氧化钛作为重要的无机过渡金属氧化物材料，具有高的催化活性、良好的耐气候性、优异的抗紫外线能力。但纯纳米二氧化钛半导体材料作为催化剂也存在一些不足：首先是自身的禁带宽度较宽（Eg=3.2ev），仅能吸收波长小于387nm的紫外光，而对太阳光中占大多数的可见光不产生作用；其次是电子-空穴的复合几率大，有效的光子存活时间短、数量少，使得纳米二氧化钛并不能充分发挥其催化性。

为了提高纳米二氧化钛在光催化领域的应用，大量报道显示，对纳米二氧化钛进行掺杂以降低其禁带宽度或提高对可见光的吸收是一种有效方法。掺杂方法涉及金属和非金属掺杂、离子掺杂、半导体复合和表面修饰等，其中贵金属掺杂效果最好，掺杂途径包括紫外光还原法、化学还原法和电化学沉积法等。当修饰后的纳米二氧化钛受光激发后，价带中产生的电子流向费米能较低的金属，使得光生电子和空穴的分离，提高了量子效率，进而提高纳米二氧化钛的光催化性能。常用金属掺杂有Pt、Ag、Pd以及各种稀有金属、金属离子和金属氧化物，但金属掺杂对可见光的利用率仍较低。非金属掺杂主要以N掺杂为主，但是N掺杂的也容易引起电子和空穴的复合，降低光催化效率。因此，利用金属和非金属共同掺杂二氧化钛纳米线能够协同作用，在有效拓展可见光区域的同时，提高光催化效率，制备能够广泛应用的光催化材料。