/c復(fù)合光催化劑及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及復(fù)合光催化劑制備領(lǐng)域，具體為一種磁性Ti02/Fe304/C復(fù)合光催化劑及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]抗生素一詞代表了一系列天然或半合成的具有抗菌活性的化合物，是由微生物(細(xì)菌、真菌、放線菌屬)或高等動(dòng)植物在生活過程中產(chǎn)生的具有抗病原體或能干擾其他正常細(xì)胞發(fā)育功能的一類化學(xué)物質(zhì)，它可擴(kuò)展為抗菌，抗病毒，抗真菌和抗腫瘤的化合物?？股貫E用和亞治療劑量抗生素用于農(nóng)業(yè)活動(dòng)使其成為影響人類健康的因素之一?？股赝ǔＳ糜谧⑷牖蛭故骋缘挚箘?dòng)物或人類疾病的一類藥物，但絕大部分抗生素不能完全被機(jī)體吸收，約有90%的抗生素以原形或者代謝物形式經(jīng)由病人和畜禽的糞、尿排入環(huán)境，經(jīng)不同途徑對(duì)土壤和水體造成污染。目前，廣泛使用的抗生素主要有磺胺類，喹諾酮類，大環(huán)內(nèi)酯類和四環(huán)素類等，其中四環(huán)素是污水中檢測(cè)到最為頻繁的抗生素之一。四環(huán)素在不同的水體環(huán)境中的半衰期4.5?180天，在酸性條件下很穩(wěn)定，因此四環(huán)素會(huì)在重復(fù)施肥過程中發(fā)生累積，不但造成水體污染甚至引發(fā)抗生素耐藥病原體的產(chǎn)生進(jìn)而蟄伏威脅人類健康問題。開發(fā)低成本、高效率和高效益的處理技術(shù)迫在眉睫。因此，消除抗生素殘留帶來問題已是科研工作者迫切需要解決的重大問題。
[0003]在眾多的半導(dǎo)體催化劑中，Ti02&活性高、穩(wěn)定、無(wú)毒和價(jià)廉被認(rèn)為是最佳的光催化劑而得到了廣泛的研究。但是納米打02光催化劑存在一些實(shí)用問題。例如在使用過程中比較容易團(tuán)聚，對(duì)太陽(yáng)光的利用率不高，而且由于Ti02屬于納米級(jí)，造成了光催化劑的回收比較困難。采用具有磁性的，具有較大比表面積的惰性吸附劑作為載體，不僅解決了催化劑難以回收再利用的問題，而且對(duì)水中較低濃度的污染物進(jìn)行迅速的表面富集和凈化，從而加快了光催化降解的反應(yīng)速度，是提高光催化活性的有效途徑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種磁性Ti02/Fe304/C復(fù)合光催化劑及其制備方法，并考察了其在抗生素廢水降解中的應(yīng)用，使制備得到的Ti02/Fe304/C復(fù)合光催化劑不僅具有磁性，而且還有較強(qiáng)的催化性能和使用壽命。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的的。
[0006]一種磁性Ti02/Fe304/C復(fù)合光催化劑的制備方法，包括如下步驟:
[0007]S1:磁性Fe304/酵母菌的制備:
[0008]先將乙二醇和二甘醇充分混合，隨后向其中加入酵母菌、氯化鐵(FeCl3.6H20)、丙烯酸鈉和醋酸鈉，經(jīng)超聲反應(yīng)后，將反應(yīng)液加入高壓釜中，密封，在溫度180°C -200°C反應(yīng)10h以上，反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，經(jīng)過濾、洗滌、干燥后得到所述磁性Fe304/酵母菌；
[0009]S2:磁性Ti02/Fe304/酵母菌的制備:
[0010]將無(wú)水乙醇、去離子水和濃鹽酸混合后得到混合液A ;將無(wú)水乙醇和鈦酸四正丁酯在40°C下封閉攪拌得到混合液B，將混合液A逐滴加入混合液B ;隨后封閉攪拌后，打開塞子，開始通入N2保護(hù)，觀察溶膠，待形成溶膠后，加入步驟S1中所述Fe 304/酵母菌，觀察凝膠，待形成凝膠后取出樣品后停止通入N2，樣品經(jīng)陳化、烘干后得到磁性Ti02/Fe304/酵母菌:
[0011]S3:磁性 Ti02/Fe304/C 的制備:
[0012]將步驟S2中所述磁性Ti02/Fe304/酵母菌放入管式爐中，在溫度300_600°C下煅燒
1-5h，升溫速率為1_2°C/min，煅燒全程通入N2保護(hù)，冷卻后得到所述產(chǎn)品磁性T1 2/Fe304/Co
[0013]優(yōu)選的，步驟S1中所述酵母菌、氯化鐵(FeCl3*6H20)、丙烯酸鈉、醋酸鈉、乙二醇和二甘醇加入量之比為:0.lg ?0.5g:2.4g:3.4g:3.4g:20 ?30mL:20 ?30mL。
[0014]優(yōu)選的，步驟SI中所述超聲反應(yīng)的時(shí)間為lh ;所述高壓釜的溫度為200°C，所述高壓釜中反應(yīng)的時(shí)間為10h。
[0015]優(yōu)選的，所述高壓釜為聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓釜。
[0016]優(yōu)選的，步驟S1中所述洗滌的步驟為:用乙醇和水各洗滌3次；所述干燥的步驟為:在65°C真空干燥10h。
[0017]優(yōu)選的，步驟S2中所述混合液A中無(wú)水乙醇、去離子水和濃鹽酸的體積比為36:3:1 ;所述混合液B中無(wú)水乙醇和鈦酸四正丁酯的體積比為36:10 ;所述滴加的時(shí)間為10-15mino
[0018]優(yōu)選的，步驟S2中所述Fe304/酵母菌的質(zhì)量為0.1-0.5g ;所述陳化的時(shí)間為
2-5h;所述烘干的溫度為30°C。
[0019]優(yōu)選的，步驟S3中所述溫度為300°C，所述煅燒的時(shí)間為3h。
[0020]根據(jù)一種磁性Ti02/Fe304/C復(fù)合光催化劑的制備方法制備得到的磁性Ti02/Fe304/C復(fù)合光催化劑。
[0021]根據(jù)磁性Ti02/Fe304/C復(fù)合光催化劑在抗生素廢水降解中的應(yīng)用。
[0022]本發(fā)明的有益效果:
[0023]本發(fā)明以酵母菌作為炭源制得Fe304/C載體，并在此載體上負(fù)載Ti02得到既具備磁性又具備較強(qiáng)光催化性能的Ti02/Fe304/C復(fù)合光催化劑；該光催化劑有助于提高催化劑的回收率，充分利用新型炭材料作為光催化劑載體，利用可見光進(jìn)行激發(fā)，與污染物分子接觸，相互作用實(shí)現(xiàn)催化或轉(zhuǎn)化效應(yīng)，使周圍的氧氣及水分子激發(fā)成極具氧化力的自由負(fù)離子，從而達(dá)到降解環(huán)境中有害有機(jī)物質(zhì)的目的，該方法不會(huì)造成資源浪費(fèi)與附加污染的形成，且操作簡(jiǎn)便，成本較低，是一種綠色環(huán)保的高效處理技術(shù)。在Ti02/Fe304/C復(fù)合光催化劑應(yīng)用于抗生素廢水降解過程時(shí)，由于酵母炭的吸附作用，對(duì)水中低濃度的有機(jī)污染物進(jìn)行了迅速的吸附凈化和表面富集，為后續(xù)光催化反應(yīng)提供了高濃度環(huán)境，從而加快了有機(jī)污染物光催化降解反應(yīng)的速率，而且將反應(yīng)過程中的中間副產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到Ti02表面，使得有機(jī)物完全凈化；此外，當(dāng)Ti02發(fā)生光催化時(shí)，使得吸附在酵母炭表面的有機(jī)污染物向1102表面迀移，恢復(fù)了酵母炭上的活性位點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了酵母炭的原位再生；這種兩者間的協(xié)同作用增強(qiáng)了 Ti02/Fe304/C光催化劑的光催化性能和使用壽命。
【附圖說明】
[0024]圖1為不同煅燒溫度下制備的磁性復(fù)合光催化劑的動(dòng)態(tài)吸附效果圖，a_Ti02/Fe304/C-300，b-Ti02/Fe304/C-400，c-Ti02/Fe304/C_500，d-Ti02/Fe304/C_600。
[0025]圖2為不同煅燒溫度下制備的磁性復(fù)合光催化劑的X射線衍射譜圖，a-Ti02/Fe304/C-300，b-Ti02/Fe304/C-400，c-Ti02/Fe304/C_500，d-Ti02/Fe304/C_600。
[0026]圖3為不同煅燒溫度下制備的磁性復(fù)合光催化劑的紫外譜圖，a-Ti02/Fe304/C-300，b-Ti02/Fe304/C-400，c-Ti02/Fe304/C_500，d-Ti02/Fe304/C_600。
[0027]圖4為不同煅燒溫度下制備的磁性復(fù)合光催化劑在含有四環(huán)素抗生素廢水中的光催化降解效果圖。
[0028]圖5為Ti02/Fe304/C_300復(fù)合光催化劑在降解四環(huán)素抗生素廢水中應(yīng)用的循環(huán)效果圖。
[0029]圖6 為 Ti02/Fe304/C_300 復(fù)合光催化劑的掃描電鏡(SEM)圖，a-Ti02/Fe304/C_300，b-放大后的 Ti02/Fe304/C-300。
[0030]圖7為Ti02/Fe304/C-300復(fù)合光催化劑的磁分離特性譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此。
[0032]本發(fā)明中所制備復(fù)合光催化劑的吸附活性評(píng)價(jià):在DW-01型光化學(xué)反應(yīng)儀(購(gòu)自揚(yáng)州大學(xué)教學(xué)儀器廠)中進(jìn)行，但不開光源，將100mL四環(huán)素模擬廢水加入反應(yīng)器中并測(cè)定其初始值，然后加入0.lg的復(fù)合光催化劑，不開燈，開磁力攪拌，不通氣，間隔lOmin取樣分析，用磁鐵分離后取上層清液在紫外分光光度計(jì)入。λ = 357nm處測(cè)定其濃度，并通過公式:Q = ((:。-0￥/!11算出其吸附量0，其中C。為四環(huán)素溶液初試濃度，C為達(dá)到吸附平衡時(shí)的四環(huán)素溶液的濃度，V為溶液的體積，m為加入的催化劑的質(zhì)量。
[0033]本發(fā)明中所制備復(fù)合光催化劑的光催化活性評(píng)價(jià):在DW-01型光化學(xué)反應(yīng)儀(購(gòu)自揚(yáng)州大學(xué)城科技有限公司)中進(jìn)行，可見光燈照射，將lOOmL四環(huán)素模擬廢水加入反應(yīng)器中并測(cè)定其初始值，然后加入制得的光催化劑，磁力攪拌并開啟曝氣裝置通入空氣保持催化劑處于懸浮或飄浮狀態(tài)，光照過程中間隔20min取樣分析，離心分離后取上層清液在分光光度計(jì)Xmax = 357nm處測(cè)定吸光度，并通過公式:Dr = (D0-C) X 100/D。算出其降解率Dr，其中D。為達(dá)到吸附平衡后濃度，C為t時(shí)刻測(cè)定的四環(huán)素溶液的濃度，t為反應(yīng)時(shí)間。
[0034]實(shí)施例1:
[0035]S1:磁性Fe304/酵母菌的制備:
[0036]稱取22.5mL乙二醇和22.5mL 二甘醇充分混合，隨后向其中加入0.lg酵母菌、
2.4g氯化鐵(FeCl3.6H20)、3.4g丙烯酸鈉和3.4g醋酸鈉，超聲反應(yīng)lh后，將均勻的黑色反應(yīng)液轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯內(nèi)襯的