[发明专利]一种木质纤维生物质负载纳米水合二氧化钛复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种木质纤维生物质负载纳米水合二氧化钛复合材料及其制备方法和应用，属于二氧化钛复合材料技术领域。将木质纤维生物质浸渍到钛酸丁酯和无水乙醇的混合液中，再用碱性溶液处理，水洗涤木质纤维生物质材料，烘干，即得到木质纤维生物质负载纳米水合二氧化钛复合材料。本发明选取木质纤维生物质为载体，将良好的光催化剂二氧化钛与木质纤维生物质相结合，该复合材料制备成本低，环境友好，实现资源的回收再利用，制备过程简便环保。该复合材料既能吸附去除水中重金属离子，又能在太阳光和可见光激发下催化降解有机污染物亚甲基蓝。

技术领域

本发明属于二氧化钛复合材料技术领域，具体涉及一种木质纤维生物质负载纳米水合二氧化钛(hydrous titanium oxide，HTO)复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着世界人口持续增长以及工业化的发展，水污染问题日趋严重。由于大多数有机物和重金属都有毒性，污水中有机物和重金属的处理问题便成为当今人类面临的众多环境问题中的一个难题。近年来我国及世界各国高度重视工业及生活污水中有害有机物和重金属的深度处理。

对于含重金属废水处理的传统方法有化学沉淀法、膜分离法、生物法、电化学法、离子交换法、吸附法等，这些方法对于重金属的深度去除存在一定有限性，效果通常不是太好。文献报道水合金属氧化物(水合氧化铁，水合氧化锆，水合氧化钛等)对重金属阳离子具有专属亲和力。

光催化反应具有反应设备简单、条件温和易于操控、催化材料易得和二次污染小甚至无二次污染的优点，近年来受到广泛关注，是一种非常有发展前景的污染治理技术。二氧化钛由于其特殊的结构和性质具有良好的光催化性能，是光催化技术中最常见的半导体材料。早期人们研究以金属元素、金属氧化物掺杂或复合改性TiO₂光催化剂，并取得进展，但金属元素的掺杂常使其具有热不稳定性，易形成载流子复合中心的缺点。杨永凡等在《TiO₂光催化去除废水中重金属离子的研究进展》(工业水处理，2012，32(7)，9-13)一文中公开了利用二氧化钛光催化去除废水中重金属离子，发现该方法仍存在一定的局限性，进行大规模地工业化二氧化钛光催化废水中重金属离子目前仍不可行。东北林业大学李燚彤等在《有机磁性纳米二氧化钛光催化剂的制备及光催化性能》(化学与融合，2019，41(2)，108-112)一文中公开了以4-氨基苯氧基邻苯二甲腈、二茂铁甲醛、联苯二酚为原料合成二茂铁有机磁体。通过钛酸四丁酯为钛源，采用水热法将二氧化钛与二茂铁有机磁体进行复合，制备有机磁体纳米二氧化钛，其材料的降解率可达79.6％。齐齐哈尔市环境监测中心站的马旭光在《TiO₂负载杂多酸催化降解亚甲基蓝的研究》(山东化工，2018，47(2)，144-148)一文中公开了以TiO₂负载杂多酸β-SiW₁₂/TiO₂为光催化剂。研究了其对亚甲基蓝模拟染料废水的光催化降解性能，讨论了亚甲基蓝溶液的酸度、亚甲基蓝溶液的初始浓度以及催化剂β-SiW₁₂/TiO₂投加量等对亚甲基蓝溶液脱色效果的影响。二氧化钛催化剂的活性，特别是对太阳光和可见光的响应是影响其能否大规模实际应用的重要因素，这方面的研究目前尚未取得突破。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种木质纤维生物质负载纳米水合二氧化钛复合材料，解决现有金属掺杂TiO₂光催化剂热不稳定性，易形成载流子复合中心，TiO₂活性降低，反应条件苛刻等问题。本发明要解决的另一个技术问题是提供一种木质纤维生物质负载纳米水合二氧化钛复合材料的制备方法，解决现有TiO₂催化剂制备过程复杂，载体成本较高，催化剂性能不够稳定等问题。本发明要解决的技术问题还有是提供一种木质纤维生物质负载纳米水合二氧化钛复合材料的应用，解决现有吸附材料和工艺方法对废水重金属深度处理方面存在的局限性，以及二氧化钛光催化剂目前实际应用存在困难，特别是在太阳光和可见光下降解有机污染物效率不理想等问题。

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：