[发明专利]一种负载生物质碳点缺陷二氧化钛光催化剂的制备方法

说明书

一种负载生物质碳点缺陷二氧化钛光催化剂的制备方法，它涉及一种对有机污染物如染料和重金属六价铬离子的光催化降解方法。本发明基于低温水热合成法以香菇粉末、四氯化钛和丙酮为反应物制备了负载生物质碳点缺陷二氧化钛复合光催化剂。本方法制备的复合光催化剂对有机染料罗丹明B和重金属六价铬离子具有优异的可见光氧化和还原性能，对10mg/L的罗丹明B溶液在30min内可使其完全降解，对40mg/L六价铬溶液在120min内可使其完全降解，且该催化剂具有很好的稳定性和可回收性，在环境修复领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种负载生物质碳点缺陷二氧化钛光催化剂的制备方法。

背景技术

随着工农业的快速发展以及工农业废水的肆意排放，使得环境污染尤其是水污染问题日益严重，不仅包括有机污染物(如罗丹明B、亚甲基蓝和苯酚等等)，还包括一些重金属离子(比如铅、镉、汞和六价铬等等)，这些污染物都给人类的健康带来了重大的危害。比如六价铬通常来源于金属加工、钢铁加工、电镀和鞣制等工业活动，被认为是一种具有致癌性、致突变性和致畸性的高毒性金属污染物。目前人们已经做了很多努力来去除废水中的六价铬，其中最有效的方法是利用高效、可靠和成本较低的光催化技术将六价铬还原成为毒性较低的三价铬。但是面对复杂的水污染问题，可以同时去除六价铬和有机污染物的材料目前还是相对较少的。因此，随着光催化技术的不断发展和日益严重的环境问题，迫切需要找到一种多效光催化材料可以同时有效地去除污染物。

在多种光催化材料中，TiO₂由于其低成本、无毒性和高化学稳定性而被广泛应用在光催化还原、有机污染物降解和产氢等领域。然而，纯TiO₂的宽带隙(3.2eV，锐钛矿)严重限制了其对可见光的吸收；同时，光致电子-空穴对的快速复合也大大降低了光电流转换效率。这些缺陷都限制了TiO₂的实际应用。因此，人们已经做出许多努力通过扩大TiO₂的光学响应范围并降低光生载流子的复合效率以进一步提高光催化性能。本专利采用水热合成法利用四氯化钛为原料制备了有缺陷的二氧化钛催化剂，并通过负载生物质碳点得到负载生物质碳点的缺陷二氧化钛复合光催化剂。相比于纯TiO₂来说，该复合材料对可见光的吸收范围进一步扩大，光生载流子的复合效率进一步降低，从而促进了材料的光催化氧化和还原能力，在复杂环境废水的处理方面具有潜在的应用价值。

发明内容

本发明是一种负载生物质碳点缺陷二氧化钛光催化剂的制备方法，以解决目前由于工农业废水排放导致的水污染问题严重以及可见光氧化和还原效率较低等问题。

本发明中一种负载生物质碳点缺陷二氧化钛光催化剂的制备方法，其制备方法采用的是低温水热合成法，具体操作步骤如下：一、将一定量四氯化钛滴加到丙酮溶液中形成混合溶液，超声处理一定时间，然后将其加入到含有10mL去离子水的反应釜中，在一定温度下进行低温水热反应一定时间，反应结束后，用去离子水和乙醇进行清洗3～5次，并在室温下干燥；二、取0.5g香菇粉末加入到20mL去离子水中搅拌均匀后，移至50mL水热反应釜中反应12h，反应结束后经离心、过滤和透析，得到生物质碳点；三、将生物质碳点和缺陷二氧化钛按照不同质量比在一定温度下水热复合反应一段时间，待反应结束后对产物洗涤3～5次后真空干燥4～6h，得到负载生物质碳点缺陷二氧化钛复合光催化剂。

步骤一中四氯化钛与丙酮的体积比为1:1～1:10；超声时间为10～60min；反应温度为85～145℃；反应时间为1～60h；步骤三中生物质碳点与缺陷二氧化钛复合的质量比为1:100～8:100；水热反应温度为60～150℃；反应时间为1～8h。