[发明专利]一种催化吸附协同作用进行转化Cr(VI)-固定Cr（III）的多层结构体系

说明书

一种催化吸附协同作用进行转化Cr(VI)‑固定Cr(III)的多层结构体系，属于污水处理材料领域。包括催化层A和吸附作用的吸附层B。所述催化层A能够吸收可见光，将Cr(VI)还原为毒性较小的Cr(III)，所述吸附层B能够有效吸附所还原的Cr(III)。通过抽滤、压片等方法将A与B结合，形成多层结构体系，在实际Cr(VI)污水处理中，将该体系浮于水面，催化层A可大幅度吸收可见光实现还原，吸附层B可针对Cr(III)有效吸附，从而实现水溶液中Cr(VI)的高效去除。同时，这种漂浮式结构体系可反复使用且方便回收，有效降低成本。

技术领域

本发明设计一种Cr(VI)污水处理材料，特别涉及多层Cr(VI)光催化还原协同Cr(III)固定的结构体系。

背景技术

由于自然过程和人为活动产生的重金属离子Cr主要存在于水生环境(地表和地下水)中，存在形式包括三价铬和六价氧化态的铬，Cr(VI)对生物体的毒性也是Cr(III)的500-1000倍，在水生环境中也更具可溶性和流动性，而长期暴露于溶液中的Cr(III)物种也会导致健康问题，如癌症和皮肤过敏反应，且有再次氧化成Cr(VI)的可能。因此，发展高效的Cr(VI)固定技术迫在眉睫。

吸附技术因其简单、高效和吸附剂再生潜力而被认为是最有效、最经济的技术之一。一些微纳米材料对于Cr(VI)具有很好的吸附能力，但还要考虑到生产成本和再利用能力，这些粉末状吸附剂不能实现剧毒Cr(VI)的转化，也不方便再次回收，尽管目前报道了还原吸附协同的光催化剂，但还原能力有限，且伴随吸附剂的不可逆氧化，大大增加成本投入。另外，基于半导体的光催化技术也在不断发展，以缓解迫在眉睫的环境和能源危机，具有操作简单、能耗低、效率高等优点而被认为是一种新的绿色技术。半导体能够将Cr(VI)催化还原成毒性较小的Cr(III)，但很少能实现Cr(III)有效固定，这就造成Cr(III)可能在水生环境中再次被氧化。针对目前已有材料的缺点，急需要一种能够光催化还原Cr(VI)协同Cr(III)吸附固定的结构体系。

发明内容

本发明目的在于针对现有材料的不足，提出一种多层催化吸附协同作用固定Cr(VI)的结构体系。

为解决上述问题，本发明提供以下技术方案：一种基于催化吸附协同作用用于转化Cr(VI)-固定Cr(III)的多层结构体系，其结构特征在于：包括具有光催化性能的催化层A和具有吸附作用的吸附层B，所述催化层A位于体系上层，能够吸收可见光，将Cr(VI)还原为毒性较小的Cr(III)，所述吸附层B位于体系的中层或下层，能够有效吸附所还原的Cr(III)；

所述催化层A与吸附层B之间无任何连接剂，催化层A直接位于吸附层B之上。

根据实际Cr(VI)污水情况，可自由调节层数。本发明一种多层结构体系进一步包括多层的2层催化层A、1层吸附层B，结构自上而下依次为催化层A、吸附层B、催化层A；进一步包括多层的2层催化层A、2层吸附层B、结构自上而下依次为催化层A、吸附层B、催化层A、吸附层B；

所述催化层A为采用柔性基底材料负载光催化剂，采用三嗪基共价有机框架COF、铁酸镁、石墨-氮化碳等中的一种或几种作为光催化剂；柔性基底材料选择柳絮、植物秸秆等作为载体与光催化剂通过溶剂热反应构建柔性催化层A。

所述吸附层B采用柔性的基底材料负载吸附材料，或直接采用柔性的吸附材料；所述吸附材料选自聚苯胺纳米线、生物炭、氧化镁等中的一种或几种，将吸附材料直接作为吸附层B材料进行压片构成吸附层B或与柔性基底材料柳絮、植物秸秆等混合然后构建柔性吸附层B。

所述催化层A及吸附层B可以任意组合，且各自形状、厚度、层数及尺寸可任意调节。

制备方法：(1)先制备催化层A或吸附层B；(2)然后将吸附层B或催化层A的材料在步骤(1)对应的催化层A或吸附层B上进行过滤、压缩制备得到；或者直接在步骤(1)对应的催化层A或吸附层B上进行直接紧压。