一種生物炭復(fù)合四氧化三鐵光催化劑的制備方法和應(yīng)用

本發(fā)明涉及光催化劑制備，具體涉及一種生物炭復(fù)合四氧化三鐵光催化劑的制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著科學(xué)技術(shù)和醫(yī)療水平的不斷發(fā)展，農(nóng)藥和醫(yī)藥使用四環(huán)素的頻率越來越高，這些人類和動物的自然活動導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境中四環(huán)素的含量越來越多。研究表明，在不同地區(qū)的土壤、地下水和地表水中均發(fā)現(xiàn)了四環(huán)素及其中間分子殘留，這些四環(huán)素不光會破壞自然環(huán)境，還會隨著有毒物質(zhì)的富集進入人體和動物體內(nèi)，引起抗生素的耐藥性，嚴(yán)重危害人類和動物的健康。環(huán)境中四環(huán)素的去除是一項世界性難題，以往的物理吸附、化學(xué)降解和生物防治因不能完全從環(huán)境中去除，容易對環(huán)境造成二次污染以及容易受到環(huán)境的影響并不是理想的去除方法。

2、以半導(dǎo)體及其衍生材料為媒介的光催化技術(shù)，可作為一種可持續(xù)、無污染且高效的手段治理環(huán)境中的廢水和廢氣等有毒物質(zhì)，從而有效的解決人類面臨的環(huán)境難題。根據(jù)文獻報道，有研究人員以水為溶劑，采用水熱法成功合成了紫磷負(fù)載fe3o4的vp-fe3o4光催化劑用于降解水中的諾氟沙星污染物，但是該催化劑存在應(yīng)用時需要與水下氣泡等離子體（ubp）連用，且水熱條件溫度過高等問題。

3、基于此，開發(fā)一種易于制備且性能優(yōu)異的光催化復(fù)合材料，是本領(lǐng)域人員亟需解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對上述問題，提供了一種生物炭復(fù)合四氧化三鐵光催化劑的制備方法和應(yīng)用。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

3、本發(fā)明提供了一種生物炭復(fù)合四氧化三鐵光催化劑的制備方法，具體包含以下步驟：

4、s1：制備生物炭（bc）：將板藍根中藥材殘渣研磨成粉末狀后放入石英舟中，在管式爐中通入n2，以恒定的升溫速率熱解，冷卻至室溫后研磨，得到生物炭（bc）；

5、s2：制備生物炭復(fù)合四氧化三鐵（bc-fe3o4）光催化劑：將fe(no3)3·9h2o置于燒杯中，加入去離子水，再加入熱解好的生物炭并攪拌，得到混合溶液；將混合溶液轉(zhuǎn)移到具有聚四氟乙烯內(nèi)襯的水熱反應(yīng)釜中恒溫反應(yīng)，待反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，用去離子水和無水乙醇洗滌3次，干燥，研磨成粉末狀后放入石英舟中，在管式爐中通n2，以恒定的升溫速率煅燒，冷卻至室溫，即得生物炭復(fù)合四氧化三鐵（bc-fe3o4）光催化劑。

6、進一步地，所述步驟s1中，升溫速率為10℃/min，熱解反應(yīng)溫度為500℃，熱解反應(yīng)時間為90min。

7、進一步地，所述步驟s2中，fe(no3)3·9h2o的質(zhì)量為0.31g、0.437g、0.576g、0.75g或0.94g。

8、進一步地，所述步驟s2中，燒杯體積為100ml，去離子水的體積為20ml，生物炭的質(zhì)量為1g，攪拌時間為30min。

9、進一步地，所述步驟s2中，聚四氟乙烯內(nèi)襯的體積為100ml；恒溫反應(yīng)溫度為180℃，恒溫反應(yīng)時間為20h；干燥溫度為60℃；升溫速率為5℃/min，煅燒反應(yīng)溫度為600℃，煅燒反應(yīng)時間為1h。

10、本發(fā)明還提供了一種生物炭復(fù)合四氧化三鐵光催化劑的應(yīng)用，所述生物炭復(fù)合四氧化三鐵光催化劑在可見光和反應(yīng)體系中加入過硫酸鈉的情況下降解四環(huán)素。

11、進一步地，所述生物炭復(fù)合四氧化三鐵光催化劑與四環(huán)素的質(zhì)量比為20:1。

12、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

13、本發(fā)明中，本發(fā)明首次利用熱解板藍根中藥材殘渣作為生物炭，并且利用水熱和煅燒的方法將生物炭與四氧化三鐵進行復(fù)合，利用四氧化三鐵較窄的帶隙以及生物炭可作為電子傳輸通道。利用復(fù)合的四氧化三鐵激活過硫酸鹽捕獲光生電子，并通過生物炭進行傳輸，延長了光生空穴和光生電子的壽命，降低了光生載流子的復(fù)合率，提高了光催化劑的催化性能。采用本發(fā)明方法制備的光催化劑，性能穩(wěn)定，對四環(huán)素降解效果好，對光源利用率高，所用原料均價格低廉、無污染，制備時間短，能耗少，在解決環(huán)境污染、能源危機及光催化應(yīng)用領(lǐng)域方面有良好的應(yīng)用前景，可大規(guī)模生產(chǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種生物炭復(fù)合四氧化三鐵光催化劑的制備方法，其特征在于：具體包含以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物炭復(fù)合四氧化三鐵光催化劑的制備方法，其特征在于：所述步驟s1中，升溫速率為10℃/min，熱解反應(yīng)溫度為500℃，熱解反應(yīng)時間為90min。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物炭復(fù)合四氧化三鐵光催化劑的制備方法，其特征在于：所述步驟s2中，fe(no3)3·9h2o的質(zhì)量為0.31g、0.437g、0.576g、0.75g或0.94g。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物炭復(fù)合四氧化三鐵光催化劑的制備方法，其特征在于：所述步驟s2中，燒杯體積為100ml，去離子水的體積為20ml，生物炭的質(zhì)量為1g，攪拌時間為30min。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物炭復(fù)合四氧化三鐵光催化劑的制備方法，其特征在于：所述步驟s2中，聚四氟乙烯內(nèi)襯的體積為100ml；恒溫反應(yīng)溫度為180℃，恒溫反應(yīng)時間為20h；干燥溫度為60℃；升溫速率為5℃/min，煅燒反應(yīng)溫度為600℃，煅燒反應(yīng)時間為1h。

6.如權(quán)利要求1-5任一所述的一種生物炭復(fù)合四氧化三鐵光催化劑的制備方法制備得到的生物炭復(fù)合四氧化三鐵光催化劑的應(yīng)用，其特征在于：所述生物炭復(fù)合四氧化三鐵光催化劑在可見光和反應(yīng)體系中加入過硫酸鈉的情況下降解四環(huán)素。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種生物炭復(fù)合四氧化三鐵光催化劑的制備方法制備得到的生物炭復(fù)合四氧化三鐵光催化劑的應(yīng)用，其特征在于：所述生物炭復(fù)合四氧化三鐵光催化劑與四環(huán)素的質(zhì)量比為20:1。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種生物炭復(fù)合四氧化三鐵光催化劑的制備方法和應(yīng)用，涉及光催化劑制備技術(shù)領(lǐng)域，具體包含以下步驟：S1：制備生物炭；S2：制備生物炭復(fù)合四氧化三鐵光催化劑。本發(fā)明的光催化劑性能穩(wěn)定，對四環(huán)素降解效果好，對光源利用率高，所用原料均價格低廉、無污染，制備時間短，能耗少，在解決環(huán)境污染、能源危機及光催化應(yīng)用領(lǐng)域方面有良好的應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：樂樹坤,韓佳澳,劉全生,李娜,張子夜,苗凱
受保護的技術(shù)使用者：內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6