一種麻負載納米二氧化鈦光催化劑的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明關于負載催化劑制備技術領域，特別涉及一種麻負載納米二氧化鈦光催化劑的制備方法及在處理廢水中的應用。
【背景技術】
[0002]納米二氧化鈦作為一種光催化劑，在紫外光照射下具有極強的氧化能力以及吸附降解污染物的能力，納米二氧化鈦光催化劑具有高效、催化范圍廣以及有效去除多種有機污染物等特點，在水處理和空氣凈化領域有廣闊的應用前景，早期對二氧化鈦光催化的研究，大多利用其膠體和顆粒懸浮體系來降解有機污染物，但是回收過程非常復雜困難。克服這一缺點的有效方法是制備負載型光催化劑。與單一二氧化鈦相比，負載的二氧化鈦體系液固分離容易，二氧化鈦負載在載體表面，二氧化鈦的利用率高，催化效率就高，可回收并重復使用，因此負載型二氧化鈦光催化劑成為人們的研究的熱點。制備穩定、牢固、高效的固定化二氧化鈦是光催化技術實用化的關鍵問題之一。人們對負載型二氧化鈦光催化特性產生了極大興趣和關注，此后，有關負載型二氧化鈦光催化劑的研究和開發日益活躍，隨著對負載型二氧化鈦光催化劑研究的不斷深入，人們發現影響負載型二氧化鈦光催化劑的活性主要有三個方面:(1)載體的選擇;(2)制備方法；(3)二氧化鈦粒徑大小。
[0003]負載型二氧化鈦光催化劑載體的作用，載體可將二氧化鈦固定，克服了懸浮相二氧化鈦粉末易流失、分離回收難的缺點；用載體將二氧化鈦固定，便于對催化劑進行表面修飾并制成各種形狀的光催化劑反應容器;將二氧化鈦負載于載體表面，能夠避免懸浮項中二氧化鈦的團聚，增加了比表面積，提高二氧化鈦的利用率。目前文獻報道的制備二氧化鈦負載光催化劑的載體類型包括:玻璃類、陶瓷類、吸附劑類和金屬類;制備方法有:粉體燒結法、液相沉積法、溶膠-凝膠法、電沉積法、粘結劑法、離子交換法、物理氣相沉積法等。
[0004]載體的本質直接決定著催化劑的催化性能，研究表明，載體大的比表面積是金屬離子高度分散的前提。目前負載型催化劑常用的載體主要多孔材料，如氧化物、微孔分子篩、介孔氧化物、介孔分子篩和介孔碳材料，黃錦峰等研究了膨脹石墨負載納米二氧化鈦光催化劑的制備、表征與其光催化性能(黃錦峰等，膨脹石墨負載納米二氧化鈦光催化劑的制備、表征與其光催化性能，硅酸鹽學報，2008,36(3): 325?330);俞如越等研究了 Al2O3負載型二氧化鈦的制備與性能結構研究(俞如越等，負載型二氧化鈦的制備與性能結構研究，涂料工業，2013，43( I): 56?59)申請號為201010216099.0的專利中公開了一種硅藻土基多孔陶瓷負載銀摻雜納米二氧化鈦的制備方法。
[0005]資源短缺和環境污染已經成為當今世界的兩大主要問題，因此，利用天然可再生資源，開發環境友好型產品和技術將成為可持續發展的必然趨勢。本申請采用麻為納米二氧化鈦光催化劑的載體，麻是一年生的草本植物，是最寶貴的生態資源之一，是一種可再生資源。目前全國麻的種植面積達300多萬畝，長纖維的產量一般在60kg/畝左右，麻作為紡織纖維具有一系列優良性能，如柔軟、光澤好、挺括、涼爽、吸濕性能和透氣性能優良等特點，是十分珍貴的紡織纖維原料。但在紡織過程中有2%左右的短纖維是廢棄物，這些廢棄物不能充分的利用是麻資源的嚴重浪費，也使企業所在地的環境受到污染。充分利用好這些短纖維既可以減少環境污染也可創造可觀的經濟效益，利用這些短纖維作為載體制備負載型催化劑，使這種催化劑具有天然、綠色、可生物降解的特點。國內外對于麻作為報道較少，對麻進行化學改性制備吸附劑，中國專利申請號為:201110276212.9的專利中公開了一種巰基亞麻吸附劑的制備方法及應用。中國專利申請號為:201410186349.9的專利中公開了一種亞麻負載納米Pd- Ni催化劑的制備方法及應用。其特征是利用巰基亞麻的巰基特性，通過調節反應體系的PH值使巰基與金離子充分吸附，然后采用水合肼還原，使金屬顆粒細小、均勻的負載在亞麻的表面上，制備一種具有高活性的負載納米Pd-Ni的催化劑。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于提供一種麻負載納米二氧化鈦光催化劑的制備方法。
[0007]一種麻負載納米二氧化鈦光催化劑的制備方法，其特征在于，該方法具有以下工藝步驟:
(1)麻預處理:取麻用水洗滌、去雜，干燥后進行粉碎，得到預處理亞麻；
(2)氧化麻:在反應器中，按如下組成質量百分比加入，去離子水:32?38%，濃硝酸:45?52%，預處理麻:8?12%，滴加質量百分濃度為30%的雙氧水:5?10%，各組分之和為百分之百，室溫浸泡4?6h，再煮沸20?30 min，冷卻后，用去離子水洗滌、至濾液呈中性為止，干燥，得到氧化麻；
(3)氨基化麻:在反應器中，按如下組成質量百分比加入，無水乙醇:53?60%，γ-氨丙基三乙氧基硅烷:28?33%，氧化麻:1?16%，各組分之和為百分之百，于60 ± 3°C恒溫、攪拌、回流反應140?180 min，冷卻后，用去離子水洗滌，至濾液呈中性為止，干燥，得到氨基化麻；
(4)二乙基三胺五乙酸化麻:在反應器中，按如下組成質量百分比加入，去離子水:75?85%，二乙基三胺五乙酸:5?15%，氨基化麻:8?15%，各組分之和為百分之百，室溫浸泡6?8h，用去離子水洗滌、至濾液呈中性為止，干燥，得到二乙基三胺五乙酸化麻；
(5)麻負載納米二氧化鈦光催化劑的制備:在反應器中，在冰水浴中，按如下組成質量百分比加入，去離子水:75?80%，四氯化鈦:10?15%，二乙基三胺五乙酸化麻:8?12%，各組分之和為百分之百，浸泡8?1h，用去離子水洗滌、至濾液呈中性為止，在100?120°C干燥15?18h，得到麻負載納米二氧化鈦光催化劑。
[0008]所述的麻為廢舊的麻繩或廢舊麻袋或麻紡織廢棄的短纖維的麻均可。
[0009]二氧化鈦的質量百分含量為1.0?5.0%;麻作為催化劑的載體，麻的質量百分含量要大于94%。
[0010]本發明的另一目的是將麻負載納米二氧化鈦光催化劑應用到印染廢水中甲基橙、亞甲基藍、偶氮類染料的催化降解進行分析評價。
[0011]本發明的有益效果是:
(1)本申請提供的催化劑所用的載體是天然麻，其來源廣泛，具有質輕價廉、穩定性好、可降解和環境友好等特點，并且是再生資源，有良好的物理化學穩定性和優異的機械穩定性；
(2)本申請采用絡合方法制備的負載型負載納米二氧化鈦光催化劑操作簡單、納米二氧化鈦的負載率高、顆粒分散均勻、二氧化鈦不脫落，催化活性高； (3)本申請提供的催化劑所用的載體是天然麻，麻的比重輕同時具有吸附作用，在廢水處理中使用這種負載型催化劑時可懸浮在水中，增加光的照射強度而提高催化劑的催化效率。
[0012](4)本申請提供的催化劑使用簡單、易分離，回收后可重復使用，使用10次以上，催化溫和、環境友好的優點，值得進一步推廣和深入研究。
【具體實施方式】
[0013]實施例1
(1)麻預處理:取麻用水洗滌、去雜，干燥后進行粉碎，得到預處理亞麻；
(2)氧化麻:在反應器中，分別加入，去離子水:35mL,濃硝酸:35 mL，預處理麻:10g，滴加質量百分濃度為30%的雙氧水:5 mL，室溫浸泡5h，再煮沸25 min，冷卻后，用去離子水洗滌、至濾液呈中性為止，干燥，得到氧化麻；
(3)氨基化麻:在反應器中，分別加入，無水乙醇:70mL，γ-氨丙基三乙氧基硅烷:31g，氧化麻:13g，于60 ± 3 °C恒溫、攪拌、回流反應150 min，冷卻后，用去離子水洗滌，至濾液呈中性為止，干燥，得到氨基化麻；
(4)二乙基三胺五乙酸化麻:在反應器中，分別加入，去離子水:80mL，二乙基三胺五乙酸:10g，氨基化麻:10g，室溫浸泡7 h，用去離子水洗滌、至濾液呈中性為止，干燥，得到二乙基三胺五乙酸化麻；
(5)麻負載納米二氧化鈦光催化劑的制備:在反應器中，在冰水浴中，分別加入，去離子水:78 mL，四氯化鈦:12g，二乙基三胺五乙酸化麻:1g，浸泡9 h，用去離子水洗滌、至濾液呈中性為止，在110 °C干燥17 h，得到麻負載納米二氧化鈦光催化劑。
[0014]實施例2
(1)麻預處理:取麻用水洗滌、去雜，干燥后進行粉碎，得到預處理亞麻；
(2)氧化麻:在反應器中，分別加入，去離子水:32mL,濃硝酸:36 mL，預處理麻:8g，滴加質量百分濃度為30%的雙氧水:8 mL，室溫浸泡4 h，再煮沸20 min，冷卻后，用去離子水洗滌、至濾液呈中性為止，干燥，得到氧化麻；
(3)氨基化麻:在反應器中，分別加入，無水乙醇:76mL, γ _氨丙基三乙氧基硅烷:28g，氧化麻:12 g，于60 ± 3 °C恒溫、攪拌、回流反應160 min，冷卻后，用去離子水洗滌，至濾液呈中性為止，干燥，得到氨基化麻；
(4)二乙基三胺五乙酸化麻:在反應器中，分別加入，去離子水:75mL，二乙基三胺五乙酸:llg，氨基化麻:14g，室溫浸泡6 h，用去離子水洗滌、至濾液呈中性為止，干