[发明专利]一种高效去除水中复合污染物的三维泡沫基光催化材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种高效去除水中复合污染物的三维泡沫基光催化材料及其制备和应用。其制备包括以下步骤：三维泡沫金属表面的预氧化；三维泡沫金属表面原位生长氧化金属纳米线；三维泡沫金属表面二次原位生长双金属氢氧化物。制备得到的三维泡沫金属基光催化材料的表面原位生长纳米片簇LDH和氧化金属纳米线。纳米片簇LDH为光催化反应提供了更多的活性位点和传输路径，氧化金属纳米线和LDH片簇可以形成异质结结构，加速了光生载流子的分离，增强了异质结结构的导电性和电子传输效率。制备得到的三维泡沫基光催化材料可以实现在废水中高效去除抗生素和重金属。

技术领域

本发明属于光催化材料领域，特别涉及一种高效去除水中复合污染物的三维泡沫基光催化材料及其制备方法和应用。

背景技术

光催化技术被公认为是环境治理技术中的一项成功技术，因为其能耗低、无需添加外部试剂、操作简便等优点，在环境修复领域具有广阔的应用前景。然而，三个主要的问题限制了这项技术的发展：(1)由于入射光子在半导体表面的直接反射，使可见光的利用率低；(2)容易自发复合的光生空穴和电子导致低的活性组分生成量；(3)粉末状态造成的回收以及引起的二次污染问题。

发明内容

为了克服光催化剂表面光利用率低和回收难题，本发明的首要目的在于提供一种高效去除水中复合污染物的三维泡沫基光催化材料的制备方法。

本发明另一目的在于提供上述方法制备的三维泡沫基光催化材料，可以实现在复合污染的废水中高效同步去除抗生素和重金属。

本发明再一目的在于提供上述三维泡沫基光催化材料的应用。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种高效去除水中复合污染物的三维泡沫基光催化材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)三维泡沫金属表面的预氧化：用同时含有过硫酸盐和氢氧化物的水溶液浸泡三维泡沫金属，清洗和干燥后得到表面生成金属氢氧化物的三维泡沫金属；

(2)三维泡沫金属表面原位生长氧化金属纳米线:将经步骤(1)处理后的三维泡沫金属装载到有保护气体保护的管式炉中加热，得到表面生长氧化金属纳米线的三维泡沫金属；

(3)三维泡沫金属表面二次原位生长双金属氢氧化物：将上述表面生长氧化金属纳米线的三维泡沫金属加入到含有三价金属盐、二价金属盐、尿素和碳酸盐的水溶液中，混合均匀，得到混合物，将所述混合物转移到高压釜中，水热反应后即得到表面原位生长氧化金属纳米线和双金属氢氧化物的光催化材料，清洗和烘干即得到三维泡沫基光催化材料。

可选的，在本发明的一些实施方式中，步骤(1)中所述的三维泡沫金属在进行表面的预氧化前，优选为先进行前处理以去除表面氧化物和油污杂质，具体包括：将三维泡沫金属浸泡到稀酸中去除表面的氧化物，然后依次用丙酮、乙醇和去离子水洗涤去除表面油污杂质，得到前处理后的三维泡沫金属。

可选的，在本发明的一些实施方式中，稀酸可以为盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、醋酸中的至少一种。

可选的，在本发明的一些实施方式中，稀酸的浓度为1～10wt％，浸泡处理时间为3～10min。

可选的，在本发明的一些实施方式中，丙酮的浸泡时间为30～90min。

可选的，在本发明的一些实施方式中，乙醇的浸泡时间为10～30min。

可选的，在本发明的一些实施方式中，去离子水的浸泡时间为60～120min。可选的，在本发明的一些实施方式中，步骤(1)中所述的三维泡沫金属可以为泡沫铜、泡沫铁、泡沫镍、泡沫钴、泡沫铝、泡沫锌、泡沫铁镍中的至少一种。

可选的，在本发明的一些实施方式中，步骤(1)中所述的过硫酸盐可以为过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸氢钾、过硫酸铵中的至少一种。