[发明专利]一种高效生物炭基催化材料、制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种高效生物炭基催化材料，其中主料包括：生物炭0.05‑0.2g、高铁酸钾0.05‑0.2mol/L、乙酸镉0.05‑0.3mol/L、硫代乙酸100‑500μL、硫化钠0.05‑0.3mol/L、聚乙烯醇0.1‑0.5mol/L。本发明还提供了一种高效生物炭基催化材料的制备方法及应用。该产品具有效率高、再生性能好、成本低和易于固液分离等优势。本发明可在本发明条件下迅速且高效地降解水中的噻虫嗪。

技术领域

本发明涉及光催化氧化和活化过硫酸盐的高级氧化技术领域，具体涉及一种高效生物炭基催化材料、制备方法及应用。

背景技术

农药在国内和国际市场的需求居高不下，我们作为农业大国，农药用量已高居全球第三，其中新型烟碱类农药目前在全球市场上占比尤为突出。噻虫嗪作为第二代新烟碱类农药的代表，因其具有高效、广谱、良好的内吸性等特点，成为整个市场发展规模最大、营销最成功、活性最好的杀虫剂品种之一。同时，噻虫嗪在各种果类、蔬菜、水源以及动物体内被频繁检出。其危害在于分布广泛、难降解、稳定性强、破坏生态系统及影响人畜身体健康等。

噻虫嗪化学性质较为稳定，且矿化较难，因此常规的吸附方法处理效果不佳，降解方法对环境产生了极大的危害。高级氧化技术近年来在有机废水领域应用广泛，但该技术的限制因素集中在催化材料的效能及再生利用能力上。因此，发明一种高效和稳定的催化材料具有重要的意义。

尽管目前对于去除水中噻虫嗪等大分子有机污染物的手段颇丰，但不可否认的是这些技术常常具有需要庞大的工艺流程、昂贵的材料设备以及无法避免的二次污染等问题，较难达到我们所预期的快速、高效且彻底。研究表明，半导体催化技术实用化的关键是制备出结构稳定、对光的利用率高、光电效应强、可循环利用的催化材料。TiO₂、ZnO、SnO₂、WO₃以及BiOBr等半导体材料因其特殊的理化性质均可作为光催化材料，但它们也具有不同程度的局限性，如禁带宽度较宽、可见光利用率低、比表面积小、电子-空穴对复合率高等不足，同时改性方法影响因素多、难度大、代价高等。而CdS作为很早被发现的光催化材料具有带隙窄、可见光响应好、廉价、制备简单等优势，但其电子-空穴分离效率与电子迁移率较低，易团聚形成大颗粒，降低比表面积，从而影响光催化效率。本发明通过制备具有良好催化性能的CdS@BC复合材料，利用多种表征手段佐证其性能并探究其对降解废水中噻虫嗪的处理效能。

选用商陆生物炭(BC)作为多孔模板，通过一步法、水热法制备将CdS纳米晶体均匀的负载至BC表面，使复合材料具有更高的电子迁移效率、丰富的官能团、充足的反应位点等以达到良好的催化性能和过硫酸盐高级氧化活性。制得的CdS@BC拥有良好的对光响应能力，其禁带宽度在改性后得到了明显的降低，在光照条件下，电子更容易从能量较低的轨道跃迁至能量较高的轨道，从而形成半满带，增强材料的导电性能，提高了光生载流子的分离效率，为材料提供了更强的氧化-还原的能力。本发明有望合成一种具有优良分离和催化性能的生物炭基催化剂，为噻虫嗪农药废水的处理提供一种有前途的技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效生物炭基催化材料、制备方法及应用，其在生物炭复合材料上均匀负载了六方相和立方相的CdS纳米晶体，具有效率高、再生性能好、成本低、制备工艺简单和易于固液分离等优势，从而解决了背景技术中的不足之处。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高效生物炭基催化材料，其中主料包括：生物炭0.05-0.2g、高铁酸钾0.05-0.2mol/L、乙酸镉0.05-0.3mol/L、硫代乙酸100-500μL、硫化钠0.05-0.3mol/L、聚乙烯醇0.1-0.5mol/L。

本发明还提供一种高效生物炭基催化材料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：