一种纳米UV‑Fenton复合材料的制备方法与流程

本发明涉及纳米材料制备领域，特别涉及一种纳米uv-fenton复合材料的制备方法。

背景技术：

生物模板技术制备纳米材料近些年备受青睐，是利用天然生物结构作为模板来制备特殊材料结构的一项新技术，具有结构高效、环境友好、价格低廉的优点。目前，已经作为生物模板应用到材料制备的天然材料有很多，例如：脱脂棉、蛋白质、蝴蝶翅膀、木材、蔗渣、树叶等。吉林省作为玉米种植的大省，每年都会产生大量的玉米秸秆，而这些玉米秸秆通常只能作为农业废料被焚烧，这不仅污染大气环境，而且还造成资源的浪费。

tio2具有极其稳定的物理和化学性质、良好的抗腐蚀性、难溶于酸、无毒、价廉等优点而被广泛研究，关于tio2研究最多的是在光催化领域。光催化技术主要是利用紫外光或可见光催化产生光生电子和空穴，利用光生电子或空穴的还原或氧化作用降解污染物，但仅采用光催化方法处理较稳定的污染物时仍然存在效率不高的问题。随着高级氧化技术的不断发展，fenton催化氧化技术发展日益受到关注，该技术将光催化反应和化学高级氧化反应相结合，利用二者的优点，大大提高了反应的效率，而且条件温和、氧化能力强、适用范围广。

而现有fenton材料制备方法繁琐，处理废水去除效率低，催化剂回收困难，且应用条件受限。

技术实现要素：

本发明的目的是解决上述现有fenton材料制备方法繁琐，处理废水去除效率低，催化剂回收困难，且应用条件受限等问题，而提供一种纳米uv-fenton复合材料的制备方法。

本发明利用玉米秸秆为模板制备fe3o4/tio2复合材料，既可以获得具有多孔分层结构的催化剂，又可以实现秸秆生物质资源的回收利用，同时制得的纳米fe3o4/tio2复合材料具有良好的化学稳定性，较强的类fenton催化能力和一定的光催化能力，纳米级的催化剂由于具有特殊的表面性质以及安全无毒等特点，另外，该物质还具有一定的磁性，使得其便于回收再利用，因此其在催化降解有机污染物方面的应用日益受到人们的关注。

一种纳米uv-fenton复合材料的制备方法，包括如下步骤：

一、多孔分层结构的tio2的制备

1)将已晒干处理后的农业秸秆剥皮，切成小圆片后，用氨提方法抽提秸秆圆片，在60℃烘箱中干燥6h，以钛酸四丁酯作为钛源，加入无水乙醇，用已处理完的秸秆圆片浸渍其中，将之致于60℃烘箱下静置吸附24h；

2)将吸附完成后的钛源秸秆圆片60℃烘箱烘干，放入550℃管式反应炉灼烧4h后，得到多孔分层结构tio2；

二、纳米fe3o4/tio2复合材料的制备

以二价铁、硫代硫酸盐为原料，按照最后fe3o4/tio2的理论质量比为2:1的比例加入步骤一中所述的多孔分层结构tio2，再加入碱液，搅拌之后放入140℃高温烘箱中水热合成反应12h，通过离心、过滤，烘干之后得到纳米uv-fenton复合材料；

作为优化，步骤一中所述的氨提方法为利用20％浓度的氨水加热抽提秸秆圆片，将其中的木质素和金属元素去除；

作为优化，步骤一中所述的tio2为锐钛矿型或金红石型；

作为优化，步骤二中所述的二价铁盐为硫酸亚铁或氯化亚铁或硝酸亚铁；

作为优化，步骤二中所述的硫代硫酸盐为硫代硫酸钠或硫代硫酸钾；

作为优化，步骤二中所述的碱溶液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液，浓

度分别为1mol/l。

本发明的有益效果：

本发明制备工艺简单、环境友好，而且所选玉米秸秆作为结构单元支撑，抑制了fe3o4的团聚，制得的纳米fe3o4/tio2复合材料具有良好的化学稳定性，较强的类fenton催化能力和一定的光催化能力，纳米级的催化剂由于具有特殊的表面性质以及安全无毒，该物质还具有一定的磁性，使得其便于回收再利用。

附图说明

图1为实施例4制备得到的纳米fe3o4/tio2复合材料的sem图。

图2为实施例4制备得到的纳米fe3o4/tio2复合材料的tem图。

图3为实施例4制备得到的纳米fe3o4/tio2复合材料的xrd图谱。

图4为实施例4得到的纳米fe3o4/tio2复合材料的xps图。

图5为实施例4制备得到的纳米fe3o4/tio2复合材料的sem图。

具体实施方式

一种纳米uv-fenton复合材料的制备方法，包括如下步骤：

一、多孔分层结构的tio2的制备

1)将已晒干处理后的农业秸秆剥皮，切成小圆片后，用氨提方法抽提秸秆圆片，在60℃烘箱中干燥6h，以钛酸四丁酯作为钛源，加入无水乙醇，用已处理完的秸秆圆片浸渍其中，将之致于60℃烘箱下静置吸附24h；

2)将吸附完成后的钛源秸秆圆片60℃烘箱烘干，放入550℃管式反应炉灼烧4h后，得到多孔分层结构tio2；

二、纳米fe3o4/tio2复合材料的制备

以二价铁、硫代硫酸盐为原料，按照最后fe3o4/tio2的理论质量比为2:1的比例加入步骤一中所述的多孔分层结构tio2，再加入碱液，搅拌之后放入140℃高温烘箱中水热合成反应12h，通过离心、过滤，烘干之后得到纳米uv-fenton复合材料；

作为优化，步骤一中所述的氨提方法为利用20％浓度的氨水加热抽提秸秆圆片，将其中的木质素和金属元素去除；

作为优化，步骤一中所述的tio2为锐钛矿型或金红石型；

作为优化，步骤二中所述的二价铁盐为硫酸亚铁或氯化亚铁或硝酸亚铁；

作为优化，步骤二中所述的硫代硫酸盐为硫代硫酸钠或硫代硫酸钾；

作为优化，步骤二中所述的碱溶液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液，浓

度分别为1mol/l。

实施例1：

一、多孔分层结构的tio2的制备

将收集到的玉米秸秆去皮切成2mm厚的薄片，干燥，将干燥后的秸秆用20％的稀氨水进行抽提预处理，以去除秸秆中堵塞通道的木质素、半纤维素等物质；将50ml钛酸四丁酯溶液溶于150ml无水乙醇中，加入1ml冰乙酸，配制成前驱液；将2g秸秆浸渍于前驱液中24h后用去离子水洗涤数次并于60℃烘箱中干燥，重复浸渍/干燥步骤2次，最后在管式炉中550℃高温焙烧4h，升温速率为2℃/min，得到具有多孔分层结构的tio2样品；

二、纳米fe3o4/tio2复合材料的制备

称取1.39g硫酸亚铁和1.24g五水和硫代硫酸钠溶解于14ml蒸馏水中，加入0.386g制备得到的tio2样品，称取0.4gnaoh固体溶解于10ml蒸馏水中，将两种溶液混合搅拌，装入高温反应釜中，于140℃高温烘箱中保温12h，取出后离心、过滤，烘干之后得到纳米uv-fenton复合材料，复合材料中tio2的含量为50％。

实施例2：

一、多孔分层结构的tio2的制备

将收集到的玉米秸秆去皮切成2mm厚的薄片，干燥，将干燥后的秸秆用20％的稀氨水进行抽提预处理，以去除秸秆中堵塞通道的木质素、半纤维素等物质；将50ml钛酸四丁酯溶液溶于150ml无水乙醇中，加入1ml冰乙酸，配制成前驱液；将2g秸秆浸渍于前驱液中24h后用去离子水洗涤数次并于60℃烘箱中干燥，重复浸渍/干燥步骤2次，最后在管式炉中550℃高温焙烧4h，升温速率为2℃/min，得到具有多孔分层结构的tio2样品；

二、纳米fe3o4/tio2复合材料的制备

称取1.39g硫酸亚铁和1.24g五水和硫代硫酸钠溶解于14ml蒸馏水中，加入0.772g制备得到的tio2样品，称取0.4gnaoh固体溶解于10ml蒸馏水中，将两种溶液混合搅拌，装入高温反应釜中，于140℃高温烘箱中保温12h，取出后离心、过滤，烘干之后得到纳米uv-fenton复合材料，复合材料中tio2的含量为66.7％。

实施例3：

一、多孔分层结构的tio2的制备

将收集到的玉米秸秆去皮切成2mm厚的薄片，干燥，将干燥后的秸秆用20％的稀氨水进行抽提预处理，以去除秸秆中堵塞通道的木质素、半纤维素等物质；将50ml钛酸四丁酯溶液溶于150ml无水乙醇中，加入1ml冰乙酸，配制成前驱液；将2g秸秆浸渍于前驱液中24h后用去离子水洗涤数次并于60℃烘箱中干燥，重复浸渍/干燥步骤2次，最后在管式炉中550℃高温焙烧4h，升温速率为2℃/min，得到具有多孔分层结构的tio2样品；

二、纳米fe3o4/tio2复合材料的制备

称取1.39g硫酸亚铁和1.24g五水和硫代硫酸钠溶解于14ml蒸馏水中，加入1.158g制备得到的tio2样品，称取0.4gnaoh固体溶解于10ml蒸馏水中，将两种溶液混合搅拌，装入高温反应釜中，于140℃高温烘箱中保温12h，取出后离心、过滤，烘干之后得到纳米uv-fenton复合材料，复合材料中tio2的含量为75％。

实施例4：

一、多孔分层结构的tio2的制备

请参阅图1、图2、图3、图4和图5所示，将收集到的玉米秸秆去皮切成2mm厚的薄片，干燥，将干燥后的秸秆用20％的稀氨水进行抽提预处理，以去除秸秆中堵塞通道的木质素、半纤维素等物质；将50ml钛酸四丁酯溶液溶于150ml无水乙醇中，加入1ml冰乙酸，配制成前驱液；将2g秸秆浸渍于前驱液中24h后用去离子水洗涤数次并于60℃烘箱中干燥，重复浸渍/干燥步骤2次，最后在管式炉中550℃高温焙烧4h，升温速率为2℃/min，得到具有多孔分层结构的tio2样品；

二、纳米fe3o4/tio2复合材料的制备

称取1.39g硫酸亚铁和1.24g五水和硫代硫酸钠溶解于14ml蒸馏水中，加入1.544g制备得到的tio2样品，称取0.4gnaoh固体溶解于10ml蒸馏水中，将两种溶液混合搅拌，装入高温反应釜中，于140℃高温烘箱中保温12h，取出后离心、过滤，烘干之后得到纳米uv-fenton复合材料，复合材料中tio2的含量为80％；

实施例5：

一、多孔分层结构的tio2的制备

将收集到的玉米秸秆去皮切成2mm厚的薄片，干燥，将干燥后的秸秆用20％的稀氨水进行抽提预处理，以去除秸秆中堵塞通道的木质素、半纤维素等物质；将50ml钛酸四丁酯溶液溶于150ml无水乙醇中，加入1ml冰乙酸，配制成前驱液；将2g秸秆浸渍于前驱液中24h后用去离子水洗涤数次并于60℃烘箱中干燥，重复浸渍/干燥步骤2次，最后在管式炉中550℃高温焙烧4h，升温速率为2℃/min，得到具有多孔分层结构的tio2样品；

二、纳米fe3o4/tio2复合材料的制备

称取1.39g硫酸亚铁和1.24g五水和硫代硫酸钠溶解于14ml蒸馏水中，加入1.930g制备得到的tio2样品，称取0.4gnaoh固体溶解于10ml蒸馏水中，将两种溶液混合搅拌，装入高温反应釜中，于140℃高温烘箱中保温12h，取出后离心、过滤，烘干之后得到纳米uv-fenton复合材料，复合材料中tio2的含量为83.3％。