一种污水治理用纳米催化剂及其制备方法

本发明涉及污水处理处理，具体涉及一种污水治理用纳米催化剂及其制备方法。

背景技术：

1、水是地球上最常见的物质之一，是所有生命生存的重要资源。目前，世界上大多数流域承受着人类活动的巨大压力，随着全球工业的不断发展，大量的工业废水、生活污水被排入自然水体，水污染问题日益严重。水污染物的治理已成为环境领域的研究热点。

2、为了确保再生水无持久性有机污染物，需要先进的水处理技术。在过去的几十年里，人们已经开发了多种方法用于净化水资源，包括吸附法、膜分离法、混凝法等。其中，因为纳米材料领域的发展，新型的纳米吸附材料应运而生，所以吸附法被认为是众多水处理方法中最有效的一种，具有操作简单、通用性强、成本低等优势。

3、然而传统的吸附法只是将其富集或变为固相，对于污染物成分复杂的工业污水，已无法被传统的物理吸附彻底去除。当前，半导体光催化材料以及光催化降解污染物技术被认为是一种有效的水处理技术。因此，寻求降解效率高、响应范围宽和稳定性强的复合光降解催化剂对材料科学和水污染治理具有重要的意义。

4、在各类光催化剂的研究中，纳米tio2及zno由于具有优良的光催化性能而受到最广泛的关注。但是tio2晶型不稳定，难以控制，价格比较昂贵，光生载流子复合率高等因素制约了tio2的应用；纳米zno具有比tio2更高的太阳光吸收率，而且成本还低于tio2，但单纯的纳米zno存在可见光催化效率低、光生电子-空穴对复合快、光腐蚀等缺点。

5、因此，提供一种晶型稳定、催化效率高和成本低的高效纳米催化剂成为亟待解决的问题。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供了一种污水治理用纳米催化剂及其制备方法，具体包括以下步骤：

2、步骤一，将锌盐、钛盐、和去离子水混合，并用硫酸调节ph至3-4，加热搅拌至固体全部溶解，得金属盐溶液；

3、优选的，所述锌盐、钛盐和去离子水的混合比例为(50-60)g:(2-3)g:100ml。

4、优选的，所述锌盐为zncl2及其水合物、zn(no3)2及其水合物和znso4及其水合物，其中的一种，所述钛盐为tioso4，所述硫酸的浓度为5×10-4-5×10-5mol/l。

5、步骤二，将壳聚糖粉末与有机酸溶液混合，加热搅拌，得壳聚糖溶液；

6、优选的，中所述壳聚糖与有机酸溶液的混合质量比为1:60；

7、优选的，所述有机酸溶液为质量分数10-90％乙酸溶液和质量分数20-30％柠檬酸溶液其中的一种；

8、步骤三，将氢氧化钠固体粉末、有机酸钠固体粉末和去离子水混合，加热搅拌至固体全部溶解，得沉淀剂溶液；

9、优选的，所述氢氧化钠固体粉末、有机酸钠固体粉末和去离子水混合比例为2g:5g:10ml；

10、优选的，所述有机酸钠为步骤二中所述有机酸对应的钠盐，具体为，乙酸钠和柠檬酸钠；

11、步骤四，将金属盐溶液和壳聚糖溶液混合，超声消除气泡，得混合溶液；水浴加热沉淀剂溶液，将混合溶液逐滴加入到沉淀剂溶液中，反应完成后冷却至室温，得前驱体；

12、优选的，所述金属盐溶液和壳聚糖溶液混合体积比为1:1，混合溶液与沉淀剂溶液混合体积比为1:40；

13、步骤五，过滤滤液后，用去离子水洗涤前驱体，直至洗涤液呈中性，然后真空干燥；

14、步骤六，对干燥后的前驱体进行煅烧，煅烧完成后得纳米催化剂。

15、优选的，步骤一中温度70-80℃，转速100-120r/min，搅拌时间10-15min；

16、步骤二中温度35-45℃，转速100-120r/min，搅拌时间5-10min；

17、步骤三中温度35-45℃，转速100-120r/min，搅拌时间3-5min；

18、步骤四中20-25khz超声15-25min，水浴温度80-90℃，反应2-3h；

19、步骤五中40-50℃干燥30-60min；

20、步骤六中400-500℃煅烧2-3h。

21、本发明有以下优点：

22、(1)本发明制备的tio2-zno复合材料纳米催化剂具有较大的比表面积，丰富的活性位点，优异的催化活性和良好的稳定性。

23、(2)本发明制备的纳米催化剂在降解污染物的过程中展现出了广泛的ph适用范围(ph＝3-11)，较强的抗干扰能力，选择性强和可重复性强。

24、(3)本发明提供的tio2-zno复合材料纳米催化剂制备方法，采用共沉淀法将钛离子和锌离子均匀分散到壳聚糖溶液中，再加入碱性沉淀剂，钛离子、锌离子和oh-相互作用，形成了前驱体，壳聚糖包覆这些前驱体，避免颗粒团聚，从而得到晶粒尺寸较小的纳米颗粒；在后续煅烧过程中，壳聚糖外壳在高温下逐渐分解，漏出被包覆的前驱体，这些前驱体在高温煅烧下逐渐转化成tio2-zno纳米颗粒。

25、(4)本发明通过tio2与zno复合，实现优势互补从而进一步提高催化性能，显著提高材料的循环次数，所合成的tio2-zno纳米颗粒复合纳米颗粒具有比表面积更大、表面反应速率更快的优点，同时具有导电性高，光生载流子复合率低的特点。增加了光生空穴与溶液的反应活性位点，从而提高材料的光催化性能。

26、(5)本发明制备的纳米催化剂，对污水处理设备要求低，污水处理工艺条件温和，能够实现对污水的有效处理，能够适应于常规的水处理工艺及设备，适用范围广泛，无需对现有污水处理设备进行改造。

27、(6)本发明制备的tio2-zno复合型纳米催化剂不易发生团聚情况，抗氧化能力强，同时还保留了tio2和zno的环境友好性，且制备方法易于操作、流程简单、条件可控。

技术特征：

1.一种污水处理用纳米吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种污水处理用纳米吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤一中所述锌盐为zncl2、zn(no3)2和znso4其中的一种，所述钛盐为tioso4，所述硫酸的浓度为5×10-4-5×10-5mol/l。

3.根据权利要求1所述的一种污水处理用纳米吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤二中所述有机酸溶液为质量分数10-90％乙酸溶液和质量分数20-30％柠檬酸溶液其中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种污水处理用纳米吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤三中所述有机酸钠为步骤二中所述有机酸对应的钠盐。

5.根据权利要求1所述的一种污水处理用纳米吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤一中所述锌盐、钛盐和去离子水的混合比例为(50-60)g:(2-3)g:100ml。

6.根据权利要求1所述的一种污水处理用纳米吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤二中所述壳聚糖与有机酸溶液的混合质量比为1:60。

7.根据权利要求1所述的一种污水处理用纳米吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤三中所述氢氧化钠固体粉末、有机酸钠固体粉末和去离子水混合比例为2g:5g:10ml。

8.根据权利要求1所述的一种污水处理用纳米吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤四中所述金属盐溶液和壳聚糖溶液混合体积比为1:1，混合溶液与沉淀剂溶液混合体积比为1:40。

9.根据权利要求1所述的一种污水处理用纳米吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤一中温度70-80℃，转速100-120r/min，搅拌时间10-15min；

10.权利要求1-9任一项所述方法制备的纳米催化剂。

技术总结本发明提供了一种污水治理用纳米催化剂及其制备方法，包括以下步骤：步骤一，将锌盐、钛盐、和去离子水混合，调节pH，得金属盐溶液；步骤二，将壳聚糖粉末与有机酸溶液混合，得壳聚糖溶液；步骤三，将氢氧化钠、有机酸钠和去离子水混合，得沉淀剂溶液；步骤四，将金属盐溶液和壳聚糖溶液混合，得混合溶液；水浴加热沉淀剂溶液，将混合溶液逐滴加入到沉淀剂溶液中，反应完成后冷却至室温，得前驱体；煅烧前驱体得纳米催化剂；本发明通过TiO2与ZnO复合，实现优势互补从而进一步提高催化性能，所合成的TiO2‑ZnO纳米颗粒复合纳米颗粒具有比表面积更大、表面反应速率更快的优点，增加了光生空穴与溶液的反应活性位点。技术研发人员：火灿,张钰佳,闫祥受保护的技术使用者：兰州工业学院技术研发日：技术公布日：2024/7/23