本發(fā)明涉及一種可見光催化劑的合成制作方法及其在廢水處理中的應(yīng)用，工程上涉及水處理領(lǐng)域，技術(shù)上涉及材料合成領(lǐng)域及催化劑領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

水污染問題伴隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展而日漸突出，在水處理領(lǐng)域，各種處理方法層出不窮，光催化技術(shù)作為一項綠色的新興技術(shù)，具有無毒、無害、無殘留、適應(yīng)性廣、處理效率高等特點(diǎn)，因此被寄予厚望。二氧化鈦?zhàn)鳛橐环N研究比較深入的光催化劑，已經(jīng)被實際應(yīng)用。但是，二氧化鈦的帶隙比較寬，通常僅在紫外線下具有光催化活性，太陽光中只有5%左右的紫外光，在實際應(yīng)用中運(yùn)用二氧化鈦?zhàn)鳛楣獯呋瘎r往往要外加紫外光光源，造成額外的能源消耗。因此，基于二氧化鈦的可見光催化活性研究從未停止。

隨著石墨烯材料的不斷研發(fā)，針對石墨烯與二氧化鈦合成材料的研究逐漸深入，石墨烯基二氧化鈦合成材料被證明在可見光下有效降解廢水中的染料成分與抗生素成分，具有巨大的應(yīng)用潛力。然而，石墨烯基材料昂貴，回收難度大，在實際應(yīng)用中難以大范圍推廣。本發(fā)明利用畜禽養(yǎng)殖中的典型固體廢物——廢棄羽毛為原料，利用各種材料的特性設(shè)計生產(chǎn)流程，最終制得一種多層石墨烯/二氧化鈦體系的生物炭基二氧化鈦光催化材料，該材料有效降低了原料成本，降解活性基本接近石墨烯基材料，同時解決了部分動物源固體廢物的環(huán)境污染問題，實現(xiàn)了固體廢物的資源化。

本發(fā)明提供了一個合成生物炭基二氧化鈦光催化材料的新思路和新途徑，整個制作過程簡單、快捷、綠色、高效，大大降低了類似材料的制作成本，為可見光催化材料的研制提供了新思路。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

在之前的研究中，二氧化鈦/石墨烯體系中的碳原子被證明可以作為光電子阱，降低晶界區(qū)域間的能量帶隙，從而使系統(tǒng)具有良好的可見光催化活性。由于石墨烯的高成本，相關(guān)催化劑的研究目前也僅限于研究層面，難以推廣用于水處理實踐中。本發(fā)明試圖借鑒二氧化鈦/石墨烯體系材料的合成機(jī)理，利用生物質(zhì)材料和交聯(lián)劑材料的固有特點(diǎn)，打破原有制作思路，致力于開發(fā)一種低成本的基于類石墨烯/二氧化鈦或多層石墨烯/二氧化鈦體系的可見光催化劑。催化劑可以達(dá)到一定處理效率，并且制作工藝簡單，原料成本低，可以推廣至水處理的工程領(lǐng)域。

本發(fā)明的解決方案是：利用動物源固體廢物中富含蛋白質(zhì)的部分作為碳源，在室溫下，利用無水乙醇作為分散劑，將鈦酸四丁酯作為鈦源引入蛋白質(zhì)的體系；利用蛋白質(zhì)在一定溫度下可以發(fā)生水解的特性，加熱至220~240℃的溫度區(qū)間（KOH作為水解助劑可降低水解溫度），將蛋白質(zhì)水解至多肽或氨基酸體系，在210~230℃的溫度區(qū)間，利用多肽-氨基酸-鈦酸四丁酯體系可發(fā)生交聯(lián)的特性使鈦酸四丁酯充分分散并交聯(lián)進(jìn)入體系。最后在450℃的碳化溫度下，大多數(shù)的羥基或?；l(fā)生斷裂而最終將二氧化鈦顆粒暴露出來，C-C體系最終形成多層石墨烯的體系成為二氧化鈦顆粒的襯底，因此最終形成生物炭基二氧化鈦光催化材料體系，實現(xiàn)了相關(guān)體系的廉價制備。

本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下。

①原料準(zhǔn)備

雞毛收集后需進(jìn)行清洗去雜質(zhì)處理，洗凈后的雞毛置于干燥箱進(jìn)行干燥處理。鈦酸四丁酯，KOH，無水乙醇購買自天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司，分析純。將KOH與無水乙醇以1:40的質(zhì)量比進(jìn)行混合，攪拌均勻作為分散助劑。

②水解交聯(lián)

將雞毛，鈦酸四丁酯與分散助劑以4:1:8的質(zhì)量比加入具有聚四氟乙烯襯底的反應(yīng)釜中，攪拌均勻，加蓋，放入恒溫箱，加熱至220℃恒溫4h。（KOH濃度，反應(yīng)溫度可根據(jù)羽毛的水解情況進(jìn)行調(diào)節(jié)）。將坩堝取出后用自來水水浴迅速降溫至室溫，將制得的褐色黏稠液體迅速引流至陶瓷坩堝或剛玉坩堝內(nèi)，置于管式爐中。

③高溫炭化

以N2做氣氛，以10℃/min的速率升溫至450℃，保持1h，自然冷卻至室溫后取出坩堝，制得灰黑色粉末狀生物炭基二氧化鈦光催化材料。

④后處理

將生物炭基二氧化鈦光催化材料研磨并分別用乙醇與去離子水沖洗，過濾，置于60℃干燥12h。

附圖說明

圖1 為生物炭基二氧化鈦光催化材料制作流程簡圖。

圖2 為生物炭基二氧化鈦光催化材料的XRD圖。

圖3 為生物炭基二氧化鈦光催化材料的FTIR圖。

圖4 為生物炭基二氧化鈦光催化材料的SEM圖。

圖5 為生物炭基二氧化鈦光催化材料的TEM圖。

圖6 為生物炭基二氧化鈦光催化材料的EDS圖。

圖7 為生物炭基二氧化鈦光催化材料的BET圖。

圖8 為生物炭基二氧化鈦光催化材料在模擬羅丹明B染料廢水中的降解曲線圖。

具體實施方式

以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

實施例：配制濃度為20mg/L的羅丹明B溶液作為模擬染料廢水。分別取模擬染料廢水50mL于6只60mL石英玻璃管中，分別加入0.05g生物炭基二氧化鈦光催化材料，置于不同的條件下進(jìn)行光催化反應(yīng)。其中3只石英玻璃管置于1個光催化反應(yīng)器中，以500W氙氣燈作為可見光光源。剩余3只石英玻璃管置于另1個光催化反應(yīng)器中，不外加光源。每只石英管中放置1個磁力攪拌子，轉(zhuǎn)速設(shè)置為700r/min，打開反應(yīng)器及攪拌子，暗反應(yīng)1h，待光催化劑達(dá)到吸附脫附平衡后取樣1次，打開光源。打開光源后每1h取樣一次，每次取樣3mL，取樣4次。每次取樣后用慢速過濾紙過濾，過濾的溶液用紫外-可見分光光度計上測定在554nm波長處吸光度，平行樣各自測量，最終計算平均值。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線將吸光度換算為濃度，計算染料的去除率，最終去除率可以高達(dá)91%。去除情況見圖8。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。