[发明专利]一种用于处理含Cr(VI)废液的催化剂及其制备方法

说明书

本发明属于多相催化材料制备与应用技术领域，具体涉及一种用于处理含Cr(VI)废液的催化剂及其制备方法，该催化剂由富含配位基团的多孔聚多巴胺(PDA)修饰在g‑C₃N₄纳米片上所构成；制备方法是利用g‑C₃N₄纳米片分散在盐酸多巴胺前驱体溶液中，在添加造孔剂的条件下，多巴胺在g‑C₃N₄纳米片表面原位乳液聚合而成。其中g‑C₃N₄具有合适的能带结构，可以利用太阳光催化还原Cr(Ⅵ)；多孔PDA含有丰富的配位基团，不仅可以对废液中的Cr(Ⅵ)进行有效吸附和富集以促进其在催化剂表面的高效还原，而且可以吸附去除还原产物——低毒性的Cr(Ⅲ)，进一步降低废液中的Cr含量。本发明催化剂将PDA对铬离子的吸附富集功能和g‑C₃N₄对Cr(Ⅵ)的光还原能力结合起来，显著提升催化剂对Cr(Ⅵ)的还原和去除效率。

技术领域

本发明属于多相催化材料制备与应用技术领域，具体涉及一种用于处理含Cr(VI)废液的催化剂及其制备方法。

背景技术

铬(Cr)作为一种具有潜在毒害性的金属，主要来源于皮革鞣制、纺织印染、铬矿石幵采、合金材料加工、蓄电池应用、金属清洁和电镀等生产加工过程。高氧化态的Cr(Ⅵ)毒性最大，易溶于水，会随着河流、湖泊、地表水等在动植物体特别是人体内积累，易引发生物体病变甚至致癌。相比较而言，Cr(Ⅲ)的毒性比Cr(Ⅵ)低约300倍。把高毒性的Cr(Ⅵ)还原为低毒性的Cr(Ⅲ)可以降低Cr(Ⅵ)带来的危害。其中，利用光催化技术处理含Cr(Ⅵ)废液，可以利用太阳光将废液中的Cr(Ⅵ)还原成低价Cr(Ⅲ)，是一种处理Cr(Ⅵ)废液的绿色环保方法。

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)是一种典型的不含金属元素的聚合物半导体，由于其原料来源丰富、易于制备、能带结构合适、稳定性好等优点，已经被广泛应用于光催化领域。但是单纯的g-C₃N₄表面活性基团较少，对铬离子的吸附能力较弱，不利于Cr(Ⅵ)在光催化剂表面富集。设计并制备表面含有丰富功能基团(如氨基)的光催化材料不仅可以对废液中的Cr(Ⅵ)进行有效吸附和富集以促进其在催化剂表面的高效还原，而且可以吸附还原产物——低毒性的Cr(Ⅲ)，从而进一步降低废液中的Cr含量。

因此，如何设计并制备出表面含有丰富配位基团的g-C₃N₄基光催化材料，提高光催化还原Cr(Ⅵ)性能的同时还可以进一步降低溶液中的Cr含量，是光催化处理含Cr(Ⅵ)废液的重要技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服传统技术中存在的上述问题，提供一种用于处理含Cr(VI)废液的催化剂及其制备方法，该催化剂将聚多巴胺(PDA)对铬离子的吸附富集功能和g-C₃N₄对Cr(Ⅵ)的光还原能力结合起来，显著提升了催化剂对Cr(Ⅵ)的还原和去除效率。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：

一种用于处理含Cr(VI)废液的催化剂，该催化剂是由多孔聚多巴胺修饰在g-C₃N₄纳米片表面上所构成。

进一步地，如上所述催化剂的制备方法，包括如下步骤：

1)称取一定量的尿素，在500～600℃空气氛围中煅烧2～4h，自然冷却至室温，得到g-C₃N₄粉体；