[发明专利]一种负载金银纳米颗粒的天然海绵制备方法及其在催化降解偶氮苯类污染物方面的应用

说明书

本发明涉及一种负载金银纳米颗粒的天然海绵制备方法及其在高效催化偶氮苯类的应用。天然海绵首先经过碱的预处理水解，去除海绵纤维表面的组织鳞状物，以利于纳米颗粒的负载和催化性能的稳定，然后在适宜条件下负载上金或银纳米颗粒，采用了一种新型的注入‑挤出反应形式将负载了纳米颗粒的海绵复合材料构造为一种自带催化功能的可变形反应容器，亦可将海绵复合材料填充在连续流反应系统中，实现反应物的连续催化转化，以实现对水环境中偶氮苯类污染物的高效催化降解。

技术领域

本发明涉及水污染处理领域，具体涉及一种负载金银纳米颗粒的天然海绵制备方法及其在催化降解偶氮苯类污染物方面的应用。

背景技术

偶氮染料是合成染料中为数最多的品种,包括酸性、媒染、活性、阳离子、中性染料、分散染料等。占有机染料产品总量的80％。色谱齐全。绝大部分偶氮染料是芳香胺经重氮化后与酚类、芳香胺类、具有活性的亚甲基化合物偶合而成。吸收后，经过人体的活化作用改变DNA的结构，引起人体的病变和诱发癌症。其化学性质较稳定，废水成分复杂，因此偶氮染料废水是公认的难治理的高浓度有机废水。

偶氮染料废水处理方法主要有三种，物理法：自然沉淀法、过滤法、吸附法、离心分离法，目的是去除大砂、固体物纤维屑；化学法：中和法、凝聚法(凝聚沉降法、凝聚浮升法)、氧化法(曝气氧化法、氧化剂氧化法)；生化法：活性污泥法、生物滤池法、厌氧消化法、氧化塘法，通过微生物将废水中有机物分解除去。在物理处理法中应用最多的是吸附法，目前工业上使用较多的吸附剂是粒状活性炭和活性硅藻土和树脂。研究表明，活性炭是大部分染料(含偶氮染料)最好的吸附剂，但其再生困难，成本高。化学法一直是染料废水处理的主要方法，近年来，光催化氧化、电解氧化、微电解氧化等技术也有一定研究，三氯化铁与硫酸铁的混合物及硫酸铝可以用来处理含偶染料废水。

因此，研制具有高效传质的纳米催化剂载体，并将其应用于偶氮苯类污染废水的治理具有重要意义。此外，将高效传质载体进一步开发成为连续流反应系统的填料型催化剂，可实现污染废水的连续治理。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种负载金银纳米颗粒的天然海绵制备方法，该方法制得的金/银纳米催化剂载体传质阻力低、更换方便且纳米颗粒能得到充分利用。

本发明的另一目的是提供一种上述方法制备的金/银纳米催化剂载体在高效催化降解水环境中偶氮苯类污染物方面的应用。

本发明的目的通过以下方案来实现：

本发明以天然海绵为载体负载金银纳米颗粒，包括以下步骤：

(1)天然海绵预处理，具体过程为：取一定质量的海绵若干，用一定浓度的NaOH处理液在一定温度下分别处理不同的时间，处理结束后用超纯水清洗5次以上。

(2)金银纳米颗粒制备，具体过程为：将不同预处理类型的海绵浸泡在适宜温度一定体积一定浓度的氯金酸溶液或者硝酸银溶液中放置1个小时。然后用超纯水清洗3次以上，洗去未结合的金属前体，将螯合了金属前体的海绵在搅拌下放在一定浓度的硼氢化钠中十分钟，以在海绵纤维上生长金银纳米颗粒。之后用超纯水清洗已负载金银纳米颗粒的海绵5次以上以备用。

在步骤(1)中NaOH处理液的浓度为0.1M，适宜温度为60℃，一般放在恒温箱中控制恒温60℃。

在步骤(2)中氯金酸的浓度为2mM，硝酸银的浓度为5mM，硼氢化钠的浓度为0.1mM，适宜温度为30℃，一般放在恒温水浴中控制恒温30℃。

本发明还提供一种上述方案制备的以天然海绵为载体负载金银纳米颗粒对水环境中偶氮苯类污染物高效催化降解的应用。其中，所述的偶氮苯类污染物为甲基橙。

在该应用中，将所述的偶氮苯类污染物溶液注射到负载有金/银纳米颗粒的天然海绵上，二者的比例为1:10～1:100(体积：质量)，10-30s后停止反应，挤出溶液。其中，所述偶氮苯类污染物溶液浓度为0.1-10mM。