CN107362833B - 一种动物毛发类光催化剂的制备方法 - Google Patents
一种动物毛发类光催化剂的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107362833B CN107362833B CN201710626815.4A CN201710626815A CN107362833B CN 107362833 B CN107362833 B CN 107362833B CN 201710626815 A CN201710626815 A CN 201710626815A CN 107362833 B CN107362833 B CN 107362833B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- animal hair
- photochemical catalyst
- preparation
- porous carbon
- class photochemical
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 210000004209 hair Anatomy 0.000 title claims abstract description 51
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 title claims abstract description 44
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 29
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 79
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 claims abstract description 23
- 150000004032 porphyrins Chemical class 0.000 claims abstract description 19
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 8
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims abstract description 5
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims abstract description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 42
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 19
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 18
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 14
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 12
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 11
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims description 11
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 10
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims description 5
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 claims description 5
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 5
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 5
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 5
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 claims description 5
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims description 5
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 4
- 229910001870 ammonium persulfate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 3
- 125000006158 tetracarboxylic acid group Chemical group 0.000 claims description 3
- 210000002268 wool Anatomy 0.000 claims description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 2
- 125000002147 dimethylamino group Chemical group [H]C([H])([H])N(*)C([H])([H])[H] 0.000 claims description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 2
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 abstract description 10
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 8
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 abstract description 5
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 4
- 206010070834 Sensitisation Diseases 0.000 abstract description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 abstract description 3
- 230000008313 sensitization Effects 0.000 abstract description 3
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 abstract description 3
- SOQBVABWOPYFQZ-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);titanium(4+) Chemical class [O-2].[O-2].[Ti+4] SOQBVABWOPYFQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract 1
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 description 10
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 10
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 8
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 5
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 5
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 4
- 102000011782 Keratins Human genes 0.000 description 3
- 108010076876 Keratins Proteins 0.000 description 3
- 239000005864 Sulphur Substances 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 3
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 3
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 3
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 3
- 238000013033 photocatalytic degradation reaction Methods 0.000 description 3
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical group O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N ammonium persulfate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 2
- 125000004185 ester group Chemical group 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 2
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 2
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PFRUBEOIWWEFOL-UHFFFAOYSA-N [N].[S] Chemical compound [N].[S] PFRUBEOIWWEFOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000011953 bioanalysis Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 1
- 238000005202 decontamination Methods 0.000 description 1
- 230000003588 decontaminative effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 239000010919 dye waste Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004298 light response Effects 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VUZPPFZMUPKLLV-UHFFFAOYSA-N methane;hydrate Chemical compound C.O VUZPPFZMUPKLLV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 description 1
- 239000003504 photosensitizing agent Substances 0.000 description 1
- 238000000053 physical method Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000003911 water pollution Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J31/00—Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds
- B01J31/26—Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing in addition, inorganic metal compounds not provided for in groups B01J31/02 - B01J31/24
- B01J31/38—Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing in addition, inorganic metal compounds not provided for in groups B01J31/02 - B01J31/24 of titanium, zirconium or hafnium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/39—Photocatalytic properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/60—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
- B01J35/61—Surface area
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/30—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
- C02F1/32—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation with ultraviolet light
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明涉及废水处理催化材料领域，公开了一种动物毛发类光催化剂的制备方法，首先将动物毛发煅烧为氮、硫掺杂的多孔碳，通过水热合成法将二氧化钛纳米管负载到多孔碳上，再通过冷凝回流，得到卟啉敏化的二氧化钛纳米管多孔碳材料。所述光催化剂不仅降低了二氧化钛的禁带宽度，增强了电子的转移效率，提高了催化剂的可见光响应范围，改性后的二氧化钛光催化剂对波长≥460nm的可见光均有响应；本发明将废弃的动物毛发回收利用，实现了资源的高效利用，符合绿色的生态理念。经化学改性的动物毛发光催化剂的制备方法工艺简单、成本低，适用于工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及废水处理催化材料领域，尤其涉及一种动物毛发类光催化剂的制备方法。
背景技术
水污染一直是人们关注最多的环境问题，废水的品种和排放量在逐年递增，而印染废水已成为水系环境的重点污染源之一。目前，染料废水的处理方法主要是物理法、化学法、生物法以及光催化技术，其中，光催化技术是目前科研和工业领域比较青睐的一种方法，原理是利用强氧化剂与有机化合物发生物理或者化学反应，在紫外或可见光下将染料分子降解废水中的有机污染化合物为二氧化碳和水。
半导体光催化降解技术是一种最有可能利用自然界太阳光实现清洁去污的环境友好的技术，目前己成为人们关注较多的废水处理方法。在众多光催化用半导体材料中二氧化钛光催化剂具有低廉、无污染、抗光腐蚀等优点被誉为环境友好的污染处理材料，其环保和节能的应用前景受到广泛的关注。尽管在紫外光条件的照射下众多有机污染物可以被TiO2有效的降解为CO2和H2O，但是在可见光的照射下其利用效率非常低，而太阳光中紫外光只有3%左右，影响了TiO2的光催化降解效果。
因此如何进一步提高TiO2对普通可见光的利用率以提高其光催化降解效果是目前亟需解决的难题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种动物毛发类光催化剂的制备方法。本发明方法首先将动物毛发煅烧为氮掺杂的多孔炭，通过水热合成法将二氧化钛纳米管负载到多孔碳上，再通过冷凝回流，得到卟啉敏化的二氧化钛纳米管多孔碳材料。上述改性大大提高了二氧化钛的光响应范围，并起到了降解有机物污染物的目的。
本发明的具体技术方案为：一种动物毛发类光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将收集的动物毛发剪成段，超声清洗后将其干燥。
步骤2：将干燥后的动物毛发放入马弗炉中煅烧，冷却后得到含氮、硫掺杂的多孔碳材料。
煅烧的目的是将含有大量的角蛋白的动物毛发碳化为氮硫掺杂的多孔碳材料。煅烧后的碳材料不仅拥有大量的孔径、比表面积大、对污水中重金属具有很好的吸附作用的优点，其丰富的氮元素和硫元素还能明显的提高光催化效果。
虽然目前已经有多种碳材料被合成制备并应用于光催化领域，包括有介孔炭、石墨烯、碳纳米管等。但本发明以可再生的生物质为原料制备的高性能的光催化材料，不仅可以实现生物质的高附加值利用，而且有效的降低光催化剂的成本。此外，本发明通过选择合适的生物质为原料，在碳材料中引入氮、硫等元素的官能团，可以很好的提高材料的电导率及其电化学性能，使其成为良好的电子受体，在一定程度上弥补了二氧化钛的电子-空穴对易复合的缺陷。
步骤3：将步骤2中得到的产物放于(NH4)2S2O8溶液中超声，过滤，用去离子水清洗后浸泡在95-105g/L的NaOH溶液中4-6min，用去离子水洗掉表面未反应的(NH4)2S2O8。
通过将动物毛发煅烧后形成的多孔碳浸泡在具有氧化作用的(NH4)2S2O8溶液中进行超声处理，可以使得多孔碳表面被氧化产生羟基、酯基、和羧基，这些反应性官能团的存在对下一步与二氧化钛纳米管的键接至关重要。
步骤4：称量二氧化钛溶解在NaOH溶液中，再加入步骤3所得的产物，超声，搅拌，转移至聚四氟乙烯反应釜中进行水热反应；将产物分别用盐酸和去离子水洗涤并干燥得到多孔碳和二氧化钛纳米管的复合物。
多孔碳材料经过过硫酸铵氧化后能够得到含官能团的碳材料，这些羧基、羟基官能团在碱性的水热环境下，能通过化学键与二氧化钛纳米管键接在一起。这样的化学键作用比单纯的物理键接作用具有更好的光催化效果，得益于其快速的电子传输能力。
步骤5：将多孔碳和二氧化钛纳米管的复合物加入到卟啉溶液中，冷凝回流下反应5-8h，冷却后过滤洗涤，最后在60-80℃下干燥，得到敏化后的动物毛发类光催化剂。
卟啉是一种在可见光下具有很宽的吸收区域的光敏化剂，它的加入使得二氧化钛能在可见光下就能发生光催化反应。
本发明方法首先将动物毛发煅烧为氮掺杂的多孔炭，通过水热合成法将二氧化钛纳米管负载到多孔碳上，再通过冷凝回流，得到卟啉敏化的二氧化钛纳米管多孔碳材料。上述改性大大提高了二氧化钛的光响应范围，并起到了降解有机物污染物的目的。
作为优选，步骤1中，所述动物毛发选自人类毛发、猪毛、羊毛，剪短后长0.5-1cm。
作为优选，步骤1中，对动物毛发的清洗和干燥方法具体为：分别用丙酮、乙醇、去离子水超声10-30min，干燥温度为60-80℃，保持2-4h。
作为优选，步骤2中，煅烧温度为500-1000℃，升温速率为5-6℃/min，通惰性气体，保持2-3h。
作为优选，步骤3中，所述(NH4)2S2O8溶液浓度为100-200g/L，超声时间为1-2h。
作为优选，步骤4中，所述NaOH溶液的浓度为4-6mol/L，二氧化钛与NaOH溶液的固液比为0.5-1g/60mL，所述二氧化钛与多孔碳的质量比为0.8-1.2:1；水热反应温度为150℃-200℃，反应时间为20-28h；所述盐酸浓度为0.8-1.2mol/L，干燥温度为50-80℃，干燥时间为20-28小时。
作为优选，步骤5中，所述卟啉为四羧基类卟啉、四羟基类卟啉、四羧基类卟啉或四(二甲胺基)类卟啉；溶解卟啉的溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜或者氯仿；且卟啉和溶剂的质量比为1-5:100。
作为优选，步骤5中，多孔碳和二氧化钛纳米管的复合物与卟啉溶液的固液比为1-3g/80-100mL。
作为优选，步骤5中，反应在黑暗避光的条件下进行。
作为优选，步骤5中，产物洗涤方法是先用N，N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜或者氯仿洗涤再用蒸馏水洗涤。
与现有技术对比，本发明的有益效果是：
1、动物毛发中含有丰富的角蛋白，但当前研究中动物毛发多数是将其中的角蛋白提取出来做其他研究。煅烧后的动物毛发含有丰富的氮、硫、碳元素，是电子的良导体，然而哪怕是动物毛发的利用在电池领域也鲜有记载。本发明利用其在煅烧后产生的丰富的孔结构及能有效的传输电子，将动物毛发用于光催化剂。动物毛发做光催化剂，不但能将生物质材料回收利用，由于其可观的吸附性能和电子传输性能，还能高效的降解有机污染物。
通过将动物毛发煅烧后形成的多孔碳浸泡在具有氧化作用的(NH4)2S2O8溶液中进行超声处理，可以使得多孔碳表面被氧化产生羟基、酯基、和羧基，这些反应性官能团的存在对下一步与二氧化钛纳米管的键接至关重要。
本发明合成二氧化钛纳米管而不直接采用P25的目的是：二氧化钛纳米管具有更大的比表面积，光催化效果更显著。
本发明将在可见光范围具有很宽的吸收区域的卟啉引入，可以使得卟啉敏化的TiO2在可见光范围内可以有效的催化降解污水里的有机污染物。
本发明最大的特点在于，设计及制备的动物毛发光催化材料具有光热稳定性好、比表面积大、可见光利用波长广（改性后的二氧化钛光催化剂对波长≥460nm的可见光均有响应），同时具有非常高的可见光光催化活性等优点，可以作为光催化降解有机物污染物的催化剂。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施方案1
将收集的人类头发剪成小段（0.5-1cm），丙酮、乙醇、去离子水超声清洗10min后将其放入烘箱中60℃干燥2h。随后将干燥后的人类毛发放入马弗炉中800℃煅烧2h。将煅烧得到的产物放在200g/L的(NH4)2S2O8溶液中超声2h，过滤，用去离子水清洗后浸泡在100g/L的NaOH溶液中5min，用去离子水洗掉表面未反应的(NH4)2S2O8。称量1g的二氧化钛溶解在60mL5mol/L的NaOH溶液中，再加入1g氧化的煅烧产物，超声，搅拌，转移至聚四氟乙烯反应釜中150℃反应24h。将产物分别用1mol/L的盐酸和去离子水洗涤，并在65℃下干燥24h即可得到多孔碳和二氧化钛纳米管的复合物。将多孔碳和二氧化钛纳米管的复合物加入到用100 mLDMF溶解好的卟啉（10mg）中，在黑暗避光的条件下冷凝回流反应6h，冷却后过滤洗涤（先用N，N-二甲基甲酰胺洗涤再用蒸馏水洗涤），最后在60℃下干燥，即可得到动物毛发光催化剂。
实施方案2
将收集的羊毛剪成小段（0.5-1cm），丙酮、乙醇、去离子水超声清洗10min后将其放入烘箱中60℃干燥2h。随后将干燥后的人类毛发放入马弗炉中800℃煅烧2h。将煅烧得到的产物放在200g/L的(NH4)2S2O8溶液中超声2h，过滤，用去离子水清洗后浸泡在95g/L的NaOH溶液中6min，用去离子水洗掉表面未反应的(NH4)2S2O8。称量1g的二氧化钛溶解在60mL5mol/L的NaOH溶液中，再加入1g氧化的煅烧产物，超声，搅拌，转移至聚四氟乙烯反应釜中150℃反应24h。将产物分别用1mol/L的盐酸和去离子水洗涤，并在50℃下干燥28h即可得到多孔碳和二氧化钛纳米管的复合物。将多孔碳和二氧化钛纳米管的复合物加入到用100 mLDMF溶解好的卟啉（30mg）中，在黑暗避光的条件下冷凝回流反应6h，冷却后过滤洗涤（先用二甲基亚砜洗涤再用蒸馏水洗涤），最后在60℃下干燥，即可得到动物毛发光催化剂。
实施方案3
将收集的人类头发剪成小段（0.5-1cm），丙酮、乙醇、去离子水超声清洗10min后将其放入烘箱中60℃干燥2h。随后将干燥后的人类毛发放入马弗炉中800℃煅烧2h。将煅烧得到的产物放在200g/L的(NH4)2S2O8溶液中超声2h，过滤，用去离子水清洗后浸泡在105g/L的NaOH溶液中4min，用去离子水洗掉表面未反应的(NH4)2S2O8。称量1g的二氧化钛溶解在60mL5mol/L的NaOH溶液中，再加入1g氧化的煅烧产物，超声，搅拌，转移至聚四氟乙烯反应釜中150℃反应24h。将产物分别用1mol/L的盐酸和去离子水洗涤，并在80℃下干燥20h即可得到多孔碳和二氧化钛纳米管的复合物。将多孔碳和二氧化钛纳米管的复合物加入到用100 mLDMF溶解好的卟啉（50mg）中，在黑暗避光的条件下冷凝回流反应6h，冷却后过滤洗涤（先用氯仿洗涤再用蒸馏水洗涤），最后在60℃下干燥，即可得到动物毛发光催化剂。
本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种动物毛发类光催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：将收集的动物毛发剪成段，超声清洗后将其干燥；
步骤2：将干燥后的动物毛发放入马弗炉中煅烧，冷却后得到含氮、硫掺杂的多孔碳材料；
步骤3：将步骤2中得到的产物放于(NH4)2S2O8溶液中超声，过滤，用去离子水清洗后浸泡在95-105g/L的NaOH溶液中4-6min，用去离子水洗掉表面未反应的(NH4)2S2O8；
步骤4：称量二氧化钛溶解在NaOH溶液中，再加入步骤3所得的产物，超声，搅拌，转移至聚四氟乙烯反应釜中进行水热反应；将产物分别用盐酸和去离子水洗涤并干燥得到多孔碳和二氧化钛纳米管的复合物；
步骤5：将多孔碳和二氧化钛纳米管的复合物加入到卟啉溶液中，冷凝回流下反应5-8h，冷却后过滤洗涤，最后在60-80℃下干燥，得到敏化后的动物毛发类光催化剂。
2.如权利要求1所述的一种动物毛发类光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述动物毛发选自人类毛发、猪毛、羊毛，剪短后长0.5-1cm。
3.如权利要求1或2所述的一种动物毛发类光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1中，对动物毛发的清洗和干燥方法具体为：分别用丙酮、乙醇、去离子水超声10-30min，干燥温度为60-80℃，保持2-4h。
4.如权利要求1所述的一种动物毛发类光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤2中，煅烧温度为500-1000℃，升温速率为5-6℃/min，通惰性气体，保持2-3h。
5.如权利要求1所述的一种动物毛发类光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤3中，所述(NH4)2S2O8溶液浓度为100-200g/L，超声时间为1-2h。
6.如权利要求1所述的一种动物毛发类光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤4中，所述NaOH溶液的浓度为4-6mol/L，二氧化钛与NaOH溶液的固液比为0.5-1g/60mL，所述二氧化钛与多孔碳的质量比为0.8-1.2∶1；水热反应温度为150℃-200℃，反应时间为20-28h；所述盐酸浓度为0.8-1.2mol/L，干燥温度为50-80℃，干燥时间为20-28小时。
7.如权利要求1所述的一种动物毛发类光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤5中，所述卟啉为四羧基类卟啉、四羟基类卟啉或四(二甲胺基)类卟啉；溶解卟啉的溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜或者氯仿；且卟啉和溶剂的质量比为1-5∶100。
8.如权利要求1所述的一种动物毛发类光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤5中，多孔碳和二氧化钛纳米管的复合物与卟啉溶液的固液比为1-3g/80-100mL。
9.如权利要求1或8所述的一种动物毛发类光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤5中，反应在黑暗避光的条件下进行。
10.如权利要求1或8所述的一种动物毛发类光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤5中，产物洗涤方法是先用N，N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜或者氯仿洗涤再用蒸馏水洗涤。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710626815.4A CN107362833B (zh) | 2017-07-28 | 2017-07-28 | 一种动物毛发类光催化剂的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710626815.4A CN107362833B (zh) | 2017-07-28 | 2017-07-28 | 一种动物毛发类光催化剂的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107362833A CN107362833A (zh) | 2017-11-21 |
| CN107362833B true CN107362833B (zh) | 2019-10-08 |
Family
ID=60308626
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710626815.4A Active CN107362833B (zh) | 2017-07-28 | 2017-07-28 | 一种动物毛发类光催化剂的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107362833B (zh) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108625155B (zh) * | 2018-03-21 | 2021-01-12 | 浙江理工大学 | 一种利用太阳光产生光电流纤维的制备方法 |
| CN110577220A (zh) * | 2019-10-16 | 2019-12-17 | 中原工学院 | 一种基于废旧山羊毛的含氮多孔碳的制备方法和应用 |
| CN110963473B (zh) * | 2019-12-23 | 2022-12-27 | 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 | 一种碳/氮化钛纳米管复合材料的制备方法 |
| CN113694963B (zh) * | 2021-09-27 | 2023-09-29 | 江南大学 | 钴嵌入富氮多孔碳材料/自组装纳米卟啉复合光催化剂及其制备方法和应用 |
| CN115212843A (zh) * | 2022-07-19 | 2022-10-21 | 安徽省农业科学院植物保护与农产品质量安全研究所 | 一种负载金属氧化物的掺杂改性活性炭制备方法及应用 |
| CN115591528A (zh) * | 2022-10-09 | 2023-01-13 | 陕西省动物研究所（Cn） | 一种利用动植物废料制备磁性吸附材料的方法 |
| CN116251611B (zh) * | 2023-02-07 | 2024-06-25 | 景德镇陶瓷大学 | 一种具备高效催化性能短柱状n、p共掺杂氧化锆微纳结构粉体的制备方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101259401A (zh) * | 2004-11-11 | 2008-09-10 | 中国科学院化学研究所 | 用模板法制备中空球和复合结构的中空球的方法 |
| CN103721684A (zh) * | 2013-12-25 | 2014-04-16 | 中国科学院化学研究所 | 一种动物毛发接枝聚丙烯基胺肟纤维材料及制备方法 |
| CN105728052A (zh) * | 2016-01-27 | 2016-07-06 | 西安工程大学 | 一种利用废旧羊毛制备高光催化活性纳米二氧化钛的方法 |
| CN106390971A (zh) * | 2016-11-30 | 2017-02-15 | 内蒙古大学 | 一种生物炭基二氧化钛光催化材料的制作方法 |
| CN106582812A (zh) * | 2016-11-09 | 2017-04-26 | 江苏大学 | 一种金属锌卟啉轴向功能化二氧化钛的复合光催化剂及其制备方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB201211792D0 (en) * | 2012-07-03 | 2012-08-15 | Univ Brunel | Photocatalysts |
-
2017
- 2017-07-28 CN CN201710626815.4A patent/CN107362833B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101259401A (zh) * | 2004-11-11 | 2008-09-10 | 中国科学院化学研究所 | 用模板法制备中空球和复合结构的中空球的方法 |
| CN103721684A (zh) * | 2013-12-25 | 2014-04-16 | 中国科学院化学研究所 | 一种动物毛发接枝聚丙烯基胺肟纤维材料及制备方法 |
| CN105728052A (zh) * | 2016-01-27 | 2016-07-06 | 西安工程大学 | 一种利用废旧羊毛制备高光催化活性纳米二氧化钛的方法 |
| CN106582812A (zh) * | 2016-11-09 | 2017-04-26 | 江苏大学 | 一种金属锌卟啉轴向功能化二氧化钛的复合光催化剂及其制备方法 |
| CN106390971A (zh) * | 2016-11-30 | 2017-02-15 | 内蒙古大学 | 一种生物炭基二氧化钛光催化材料的制作方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Transforming Hair into Heteroatom‐Doped Carbon with High Surface Area;Kiran N. Chaudhari等;《small》;20141231;第10卷(第13期);全文 * |
| 基于动物毛发的氮硫共掺杂多孔碳材料制备及其氧还原电催化性能;方雅君;《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技I辑》;20170215(第2期);B014-1324 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107362833A (zh) | 2017-11-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107362833B (zh) | 一种动物毛发类光催化剂的制备方法 | |
| CN108772108B (zh) | 一种可见光响应的二氧化钛纳米线/金属有机骨架/碳纳米纤维膜及其制备方法及应用 | |
| CN106179444B (zh) | 一种活性炭负载碳掺杂石墨相氮化碳的制备方法 | |
| CN104128184B (zh) | 一种漂浮型CoFe2O4/TiO2/漂珠复合光催化剂及其制备方法 | |
| CN110180548A (zh) | 一维氧化铟中空纳米管/二维铁酸锌纳米片异质结复合材料及其在去除水体污染物中的应用 | |
| CN103143338A (zh) | 一种多孔二氧化钛/石墨烯复合材料及其制备方法 | |
| CN110180561B (zh) | 花状MoS2/TiO2光催化材料的制备方法 | |
| CN110560102B (zh) | 一种氟氧化铋复合光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN107159264A (zh) | 一种高效全光谱响应CuS/石墨烯复合光催化剂及其制备方法 | |
| CN106881111A (zh) | 氧化亚铜和银共同负载的钒酸铋复合光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN103071455A (zh) | 一种复合吸附净化剂的制备方法 | |
| CN102626616A (zh) | 一种钒酸盐光催化材料的制备方法 | |
| CN107824174A (zh) | 一种二氧化钛量子点/碳球复合材料及其制备方法 | |
| CN102698784B (zh) | 一种可见光响应催化剂及其制备方法 | |
| CN111874988A (zh) | 基于多元素共掺杂TiO2纳米光催化材料的有机废水处理方法 | |
| CN110860283A (zh) | 一种水热法合成碳纤维-钒酸铋光催化材料的制备方法 | |
| CN101462073B (zh) | 异核金属酞菁钴锌/纳米二氧化钛复合薄膜及制备方法 | |
| CN102600865A (zh) | 用于降解有机染料废水污染物的光催化剂及其制备方法 | |
| CN105597805A (zh) | 铁、氮掺杂二氧化钛负载碳纤维复合光催化剂及其制备方法 | |
| CN100594976C (zh) | 纳米二氧化钛光催化室内净化剂的制备方法 | |
| CN113104928B (zh) | CuO@氮掺杂碳复合催化材料在光热催化产非自由基中的应用 | |
| CN102962103A (zh) | 导电聚合物聚吡咯改性TiO2的制备方法及其应用 | |
| CN113101980A (zh) | 一种具有可见光催化活性的TiO2/UiO-66复合材料的制备方法和应用 | |
| CN102580727A (zh) | 一种活性炭负载二氧化钛掺银光催化剂的制备方法 | |
| CN108554427B (zh) | 一种In2O3/BiOI半导体复合光催化剂及其制备方法和用途 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |