[发明专利]一种用于高效降解废水中有机染料的复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于高效降解废水中有机染料的复合材料及其制备方法，该复合材料是在海胆状TiO₂微米球的表面均匀负载有ZnO纳米颗粒，且TiO₂与ZnO构成异质结。本发明的TiO₂/ZnO复合材料能够高效降解废水中的有机染料，而且无毒环保、颗粒大，易与水体分离、不会造成二次污染，可以广泛应用于有机染料废水的处理。

技术领域

本发明属于光催化材料技术领域，具体涉及一种用于高效降解废水中有机染料的复合材料及其制备方法。

背景技术

有机染料广泛应用于皮革、化妆品、印染等领域，大约12％的染料在生产和使用过程中会释放到环境中，并容易进入水体。绝大多数染料均很稳定，很难被自然降解，严重影响生态平衡和生物的健康。高级氧化技术是处理有机染料废水的重要方法之一，这种技术能够产生羟基自由基等强氧化性物质，利用其高化学活性和无选择性，通过物理、化学作用破坏发色基团，可将难生物降解的大分子有机物质降解为易生物降解的小分子物质或无机物。目前，高级氧化技术主要有：Fenton法、臭氧氧化法、湿式氧化法、超声波氧化法、光催化氧化法、超临界水氧化法、低温等离子技术等。

相对其它高级氧化技术来说，光催化技术是一种高效、安全的环境友好型环境净化技术，其操作简单、能耗低、无二次污染。目前已经开发出各种用于污染物降解的光催化剂，例如具有良好光催化活性的TiO₂、ZnO、CeO₂、CdS、BiVO₄和NiO等。与其它光催化剂相比，TiO₂由于其具有无毒性、高化学稳定性、低成本和强光响应性等特性而备受关注。TiO₂主要有三种晶型，分别为锐钛矿、金红石和板钛矿，其中锐钛矿相TiO₂的光催化性能最佳。一般来说TiO₂纳米颗粒的粒径越小，比表面积越大，活性位点越多，越有利于光催化反应。但是粒径太小，催化剂不易与水体分离。因此研究人员通过三维分层纳米结构来增加其比表面积，如海胆状、花状、树枝状等自组装结构，从而获得更佳的光催化性能。

光生电子和空穴的复合是限制光催化性能的重要因素(Journal ofEnvironmental Chemical Engineering,7(3)，(2019)103096)。研究人员通过大量实验研究发现，TiO₂与其它半导体(如ZnO、CdS、WO₃等)偶联构建异质结结构是阻碍电荷快速复合的有效方法。其中，ZnO的价带和导带比TiO₂的价带和导带更负，这有助于ZnO/TiO₂异质结中光生电子和空穴的分离。而且相对CdS、WO₃来说，ZnO具有无毒的优点。因此，构建TiO₂与ZnO的复合结构以提高其光催化性能，具有重要的研究价值。

发明内容

基于上述现有技术所存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于高效降解废水中有机染料的TiO₂/ZnO复合材料及其制备方法，以解决现有催化剂降解效果不佳、技术复杂、难以与水体分离等问题。

为实现发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于高效降解废水中有机染料的复合材料，其特点在于：所述复合材料是在海胆状TiO₂微米球的表面均匀负载有ZnO纳米颗粒，且TiO₂与ZnO构成异质结。其中，所述TiO₂微米球为锐钛矿相、所述ZnO纳米颗粒为纤锌矿晶相。

本发明所述复合材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、将去离子水、二甘醇、草酸钛钾和尿素混合并搅拌均匀，然后转移到反应釜中170-190℃水热反应10-12h，所得产物经离心、洗涤、干燥，再置于马弗炉中，升温至500-550℃并保温煅烧1-2小时，获得海胆状TiO₂微米球；