[发明专利]一种对染料分子具有吸附和催化降解功能的碳基复合微球的制备方法

说明书

本发明涉及一种对染料分子具有吸附和催化降解功能的碳基复合微球的制备方法。以壳聚糖为碳源，首次通过喷雾干燥法与高温热解和碱活化技术相结合的方法，制备了对染料分子具有吸附和催化降解功能的掺杂银纳米粒子活性微孔碳球。本发明方法制备的掺杂银纳米粒子活性微孔碳球对刚果红染料表现出良好的吸附性能，并可以有效地催化硼氢化钠还原刚果红的反应。本发明得到的双功能复合碳球吸附性好，催化效率高且重复利用性好；此外，本发明所述掺杂银纳米粒子活性微孔碳球的制备方法所涉及的原料来源广泛、价格低廉，制备过程绿色环保，适合大规模生产，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于多功能复合材料开发技术领域，具体涉及一种对染料分子具有吸附和催化功能的碳基复合微球的制备方法，该碳基复合微球对刚果红具有良好的吸附性能，同时具有催化硼氢化钠降解刚果红的能力。

背景技术

随着纺织、印刷、皮革等行业的发展，含有有机染料的废水对环境安全和人类健康造成了严重的影响。研究人员研究和开发了多种去除染料分子的方法，例如吸附、催化降解、光催化、膜过滤等，其中，吸附法和催化降解法被认为是最具有应用前景的方法。多孔材料具有丰富的孔结构与超高的比表面积，可以吸附废水溶液中的染料分子。此外，多孔材料还可以作为催化降解染料分子的纳米催化剂的良好载体，有效地提高催化剂纳米粒子催化降解染料分子的能力。因此，将金属纳米粒子负载在多孔材料上可望制备出对染料分子同时具有吸附与催化功能的新型材料。但是，目前研究制备负载金属纳米粒子多孔材料的方法(如模板法、浸渍法等)大多存在制备过程复杂，产量较低的问题，在一定程度上限制了负载金属纳米粒子多孔材料的开发与应用。因此，开发一种步骤简单，产量较高的负载金属纳米粒子多孔材料的制备方法对去除水中染料分子具有重大意义。

发明内容

本发明旨在提供一种对染料分子具有吸附和催化降解功能的碳基复合微球的制备方法。

本发明的另一目的是提供上述碳基复合微球吸附刚果红染料与催化硼氢化钠降解刚果红的应用，获得该碳基复合微球的使用方法。

为解决以上技术问题，本发明采取的技术方案是：

一种对染料分子具有吸附和催化降解功能的碳基复合微球的制备方法，包括如下步骤：

(1)在磁力搅拌下将壳聚糖溶解在的醋酸溶液后，将硝酸银溶液缓慢滴加至壳聚糖溶液中。反应一定时间后，将硼氢化钠溶液滴加至上述溶液，得到银纳米粒子/壳聚糖混合溶液。

(2)通过喷雾干燥技术，对步骤(1)中的溶液进行喷雾干燥，得到掺杂银纳米粒子壳聚糖微球。

(3)取一定量步骤(2)得到的掺杂银纳米粒子壳聚糖微球在氮气保护下高温碳化，得到掺杂银纳米粒子碳球。

(4)将步骤(3)得到的掺杂银纳米粒子碳球与氢氧化钾混匀，在氮气保护下高温活化，得到掺杂银纳米粒子活性微孔碳球。

步骤(1)中，将2mL醋酸溶液稀释至100mL，各物质添加量为：1g的壳聚糖，1mL 0.1gmL^-1的硝酸银溶液，1mL 0.05g mL^-1的硼氢化钠溶液。

步骤(2)中，使用B-290小型喷雾干燥机。空气流量，泵流量和工作功率分别设定为600L h^-1、30％和100％，入口温度为180℃。

步骤(3)中，碳化程序为：以6℃ min^-1的速率升温到400℃，再以3℃ min^-1的速率升温到700℃，并在700℃保温2h。

步骤(4)中，掺杂银纳米粒子碳球与氢氧化钾的质量比为1∶4，活化程序为：以5℃min^-1的速率升温到750℃，并在750℃保温1.5h。