CN116173939A - 一种活性炭改性的Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents
一种活性炭改性的Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116173939A CN116173939A CN202310066464.1A CN202310066464A CN116173939A CN 116173939 A CN116173939 A CN 116173939A CN 202310066464 A CN202310066464 A CN 202310066464A CN 116173939 A CN116173939 A CN 116173939A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- tio
- adsorption type
- modified
- type photocatalyst
- adsorption
- 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.)
- Granted
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 151
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 title claims abstract description 135
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 title claims abstract description 104
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 81
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 35
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 19
- 229910015902 Bi 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 33
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims abstract description 26
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims abstract description 18
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- YHWCPXVTRSHPNY-UHFFFAOYSA-N butan-1-olate;titanium(4+) Chemical compound [Ti+4].CCCC[O-].CCCC[O-].CCCC[O-].CCCC[O-] YHWCPXVTRSHPNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 13
- 238000005580 one pot reaction Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 10
- RXPAJWPEYBDXOG-UHFFFAOYSA-N hydron;methyl 4-methoxypyridine-2-carboxylate;chloride Chemical compound Cl.COC(=O)C1=CC(OC)=CC=N1 RXPAJWPEYBDXOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 claims abstract description 7
- 150000001622 bismuth compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 4
- 239000004098 Tetracycline Substances 0.000 claims description 41
- 235000019364 tetracycline Nutrition 0.000 claims description 41
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 41
- 229960002180 tetracycline Drugs 0.000 claims description 37
- 229930101283 tetracycline Natural products 0.000 claims description 37
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 31
- 150000003522 tetracyclines Chemical class 0.000 claims description 27
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 25
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 25
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 claims description 22
- PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N rhodamine B Chemical compound [Cl-].C=12C=CC(=[N+](CC)CC)C=C2OC2=CC(N(CC)CC)=CC=C2C=1C1=CC=CC=C1C(O)=O PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 229940043267 rhodamine b Drugs 0.000 claims description 16
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 14
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 claims description 12
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 12
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 12
- 238000000967 suction filtration Methods 0.000 claims description 12
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 8
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 7
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 6
- STZCRXQWRGQSJD-GEEYTBSJSA-M methyl orange Chemical compound [Na+].C1=CC(N(C)C)=CC=C1\N=N\C1=CC=C(S([O-])(=O)=O)C=C1 STZCRXQWRGQSJD-GEEYTBSJSA-M 0.000 claims description 6
- 229940012189 methyl orange Drugs 0.000 claims description 6
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 5
- 229960002135 sulfadimidine Drugs 0.000 claims description 5
- ASWVTGNCAZCNNR-UHFFFAOYSA-N sulfamethazine Chemical compound CC1=CC(C)=NC(NS(=O)(=O)C=2C=CC(N)=CC=2)=N1 ASWVTGNCAZCNNR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims description 2
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims description 2
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 claims 1
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 abstract description 20
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 10
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 abstract description 9
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 abstract description 9
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 abstract description 9
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 5
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 5
- 238000003837 high-temperature calcination Methods 0.000 abstract description 5
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 abstract description 3
- 238000003795 desorption Methods 0.000 abstract description 2
- 239000010865 sewage Substances 0.000 abstract description 2
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 abstract 1
- AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N N-[3-oxo-3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CCNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 15
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 14
- OFVLGDICTFRJMM-WESIUVDSSA-N tetracycline Chemical compound C1=CC=C2[C@](O)(C)[C@H]3C[C@H]4[C@H](N(C)C)C(O)=C(C(N)=O)C(=O)[C@@]4(O)C(O)=C3C(=O)C2=C1O OFVLGDICTFRJMM-WESIUVDSSA-N 0.000 description 14
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 13
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 13
- 239000003242 anti bacterial agent Substances 0.000 description 11
- 229940088710 antibiotic agent Drugs 0.000 description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 11
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 11
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- FBXVOTBTGXARNA-UHFFFAOYSA-N bismuth;trinitrate;pentahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.[Bi+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O FBXVOTBTGXARNA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000013033 photocatalytic degradation reaction Methods 0.000 description 6
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 6
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 6
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 description 6
- 230000033558 biomineral tissue development Effects 0.000 description 5
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 5
- JEGUKCSWCFPDGT-UHFFFAOYSA-N h2o hydrate Chemical compound O.O JEGUKCSWCFPDGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 5
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 5
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 4
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 4
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 4
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 229940040944 tetracyclines Drugs 0.000 description 4
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 description 2
- 238000010170 biological method Methods 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 2
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 2
- 230000036541 health Effects 0.000 description 2
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 238000001782 photodegradation Methods 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 238000000638 solvent extraction Methods 0.000 description 2
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 2
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 2
- 238000000870 ultraviolet spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 1
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000416 bismuth oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- GUJOJGAPFQRJSV-UHFFFAOYSA-N dialuminum;dioxosilane;oxygen(2-);hydrate Chemical compound O.[O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3].O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O GUJOJGAPFQRJSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- TYIXMATWDRGMPF-UHFFFAOYSA-N dibismuth;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Bi+3].[Bi+3] TYIXMATWDRGMPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000000724 energy-dispersive X-ray spectrum Methods 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010335 hydrothermal treatment Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 229910001410 inorganic ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000543 intermediate Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000012621 metal-organic framework Substances 0.000 description 1
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 1
- 229910052901 montmorillonite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009828 non-uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 238000000053 physical method Methods 0.000 description 1
- 238000013139 quantization Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000013341 scale-up Methods 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- STZCRXQWRGQSJD-UHFFFAOYSA-M sodium;4-[[4-(dimethylamino)phenyl]diazenyl]benzenesulfonate Chemical compound [Na+].C1=CC(N(C)C)=CC=C1N=NC1=CC=C(S([O-])(=O)=O)C=C1 STZCRXQWRGQSJD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000004083 survival effect Effects 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000036962 time dependent Effects 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 1
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 1
Images
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
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/16—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
- B01J23/18—Arsenic, antimony or bismuth
-
- 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
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
- B01J20/06—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising oxides or hydroxides of metals not provided for in group B01J20/04
-
- 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
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
- B01J20/20—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising free carbon; comprising carbon obtained by carbonising processes
-
- 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
-
- 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
- C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
- C02F1/281—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using inorganic sorbents
-
- 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
- C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
- C02F1/283—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using coal, charred products, or inorganic mixtures containing them
-
- 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
-
- 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
- B01J2220/00—Aspects relating to sorbent materials
- B01J2220/40—Aspects relating to the composition of sorbent or filter aid materials
- B01J2220/42—Materials comprising a mixture of inorganic materials
-
- 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
- B01J2220/00—Aspects relating to sorbent materials
- B01J2220/40—Aspects relating to the composition of sorbent or filter aid materials
- B01J2220/48—Sorbents characterised by the starting material used for their preparation
- B01J2220/4806—Sorbents characterised by the starting material used for their preparation the starting material being of inorganic character
-
- 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
- B01J2220/00—Aspects relating to sorbent materials
- B01J2220/40—Aspects relating to the composition of sorbent or filter aid materials
- B01J2220/48—Sorbents characterised by the starting material used for their preparation
- B01J2220/4812—Sorbents characterised by the starting material used for their preparation the starting material being of organic character
-
- 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
- C02F2101/308—Dyes; Colorants; Fluorescent agents
-
- 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
- C02F2101/34—Organic compounds containing oxygen
-
- 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
- C02F2101/38—Organic compounds containing nitrogen
-
- 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
- C02F2101/40—Organic compounds containing sulfur
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2305/00—Use of specific compounds during water treatment
- C02F2305/10—Photocatalysts
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/30—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
- Y02W10/37—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
Abstract
本发明涉及一种活性炭改性的Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂及其制备方法和应用，属于吸附剂/光催化材料制备技术和环境污水处理领域。本发明选用活性炭、钛酸四丁酯和硝酸铋，经一锅水热制得活性炭、二氧化钛和铋化合物的复合物，最后经程序升温煅烧制备出活性炭改性的Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂。本发明所制备的吸附型光催化剂，不仅解决现有吸附剂/光催化剂需洗涤、解吸或高温煅烧再生循环的缺点，更重要的是实现了催化剂的简易制备，有效地克服了报道的吸附剂/光催化剂因制备过程复杂，而难以实现大规模应用的技术挑战。
Description
技术领域
本发明涉及一种活性炭改性的Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂及其制备方法和应用，属于吸附剂/光催化材料制备技术和环境污水处理领域。
背景技术
饮用水安全是人类赖于生存的基本要求，也与人类健康和生命安全紧密相关。而水体中抗生素等典型有机污染物的存在必然会对环境和人类健康造成危害，因此，寻求完全去除水体中抗生素等典型有机污染物的技术对饮用水安全将具有十分重要的意义。
目前有机污染物废水的处理方法主要有以下几种：(1)物理法(活性炭吸附法、膜分离技术、超声波法等)；(2)化学法(电化学、光化学、化学氧化等)；(3)生物法(厌氧处理法、好氧处理法等)。其中生物法以好氧处理法为主，但该法还存在一系列的缺点，如不能有效除去小分子污染物、处理周期过长以及降解效率低下等。而吸附法因其成本效益高、操作简单、去除效率高、易于扩大规模、无有毒副产物等优点，而被认为是净化水体中抗生素等典型有机污染物最有效的方法之一；因此，制备出多孔结构的高效吸附剂如蒙脱石、硅藻土、沸石、粘土材料、金属有机骨架、活性炭、碳材料等就具有极好的应用前景；然而，吸附技术只是将有机污染物从水相转移/转化到吸附剂中，并没有对所吸附的污染物进行任何矿化过程。因此，通过溶剂萃取、酸碱度、洗涤或高温煅烧除去吸附剂所吸附的污染物，以实现吸附剂的再生是必要的，否则其吸附能力将受到极大的限制(如有报道称吸附8次后，氧化石墨烯-硫化钼对抗生素的吸附率只有4％)。尤其是绝大多数吸附剂即使在再生后，其对抗生素等典型有机污染物的去除效率也发生了显著的下降(30％～50％)。更严重的是，达到饱和吸附后的吸附剂和污染物都必须要进行处理，严重限制了吸附剂的广泛应用。因此，发明有效去除抗生素的方法一直是一个非常值得关注的环境问题。
光降解技术由于其环保、高效和低成本等优点，是净化废水中有机污染物的另一个关键技术。其原理是：在光辐射下，半导体光催化剂产生大量的电子/空穴对，其中带正电荷的空穴氧化吸附在表面的污染物，而光生电子还原氧形成超氧自由基后，再实现对污染物如抗生素的降解。然而，由于现有的光催化剂对太阳能的量子效率低、利用率不足，导致其对污染物的矿化程度不理想；与此同时，光催化降解技术还常常伴随着有毒中间体的产生以及二次污染的问题。因此，根据“绿色化学”和“绿色经济”的理念，寻找更加可实用化净化废水中抗生素等典型有机污染物的解决方案，将具有重要的理论意义和实际应用价值。
吸附型光催化剂的研制为净化废水中抗生素等典型有机污染物提供了一种新的思路，其原理是把吸附技术与光催化降解技术结合起来，即利用其吸附性能把污染物从废水中转移至吸附剂中，再利用其光催化降解性能在强光辐射下对所吸附的污染物进行高效矿化，以达到理想的废水净化效果。然而，现有的大多数吸附型光催化剂制备过程复杂、生产成本高，尤其是被吸附在催化剂的有机污染物不能进行高效或完全的光降解和矿化作用，还需借助解吸剂进行后处理再生。因此，开发出一种具有高吸附量和高效光催化降解性能的吸附型光催化剂是解决废水高效净化的关键。
发明内容
本发明的目标在于克服现有技术中的一些问题，提供一种制备简单、价格低廉、性能优异、可大规模生产的高效吸附型光催化剂，该催化剂不仅能吸附废水中大量的有机污染物，而且还能在光辐射下把所吸附的污染物进行高效或完全矿化，达到其再生和循环使用的目的。为了实现以上目标，制备出具有多孔结构的吸附型光催化剂就成为关键。
本发明的目的在于一锅水热合成出活性炭改性的Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂，本发明通过创造性把物理吸附和光催化降解技术有机结合起来，用于实现高效净化废水中抗生素等典型有机污染物的目标。本发明制备的吸附型光催化剂，不仅能克服吸附剂无法对所吸附的污染物进行矿化的问题，还能有效地解决光催化剂降解废水中有机污染物效率低下的问题。更重要的是，本发明能实现吸附型光催化剂的一锅制备，以克服报道的吸附剂/光催化剂需多步制备，而难以实现大规模应用的技术挑战。
为实现本发明的目的，本发明首先提供一种活性炭改性的Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂的制备方法，所述方法包括：
(1)前驱体溶液配置：将活性炭、钛酸四丁酯、硝酸铋加入去离子水中，在超声下混合均匀，制备出混合溶液。
优选的，步骤(1)中，所述活性炭、钛酸四丁酯、硝酸铋和去离子水的用量分别为0.02～0.4g、0.6～12g、0.3～6g和40～800mL。
本发明的方法，在反应过程中，在保持所述的各物质用量情况下，可进一步把所使用反应釜的容量进行放大(如1,2,4,5,10L等)，而且在保持所使用反应釜容量不变的情况下，活性炭、钛酸四丁酯和硝酸铋的用量也可以进一步提高。
(2)一锅水热反应：将步骤(1)所得到的混合溶液加入到反应容器中，并以一定的升温速率升至一定温度进行水热反应；反应后自然冷却至室温，经抽滤、洗涤、干燥后，制备出活性炭、二氧化钛和铋化合物混合的复合物。
进一步的，所述反应容器为聚四氟乙烯衬底的水热反应釜。
优选的，所述升温速率为1～2℃/min；所述水热反应温度为150～200℃，反应时间6～12h。
(3)活性炭改性的Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂的形成：将步骤(2)得到的活性炭、二氧化钛和铋化合物混合的复合物，以一定的升温速率升至一定温度后，在空气氛围下进行煅烧，制备出活性炭改性的Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂。
优选的，步骤(3)中，所述升温速率为1～5℃/min；所述煅烧温度为250～300℃，煅烧时间为8～12h。
优选的，本发明的煅烧过程中，先抽真空至-40kPa后，通空气至30kPa，重复此步骤后再抽真空至-40kPa，再通空气至10kPa，随后以1～2℃/min的升温速率升温至260℃，保温8小时，再自然冷确至室温后，制备出活性炭改性的Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂。
本发明还提供一种上述方法制备的活性炭改性的Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂，所述催化剂具有高比表面积及多孔。
本发明还提供所述活性炭改性的Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂得净化水体中有机污染物的用途。
进一步的，所述有机污染物包括四环素、罗丹明B、磺胺甲嘧啶、甲基橙。
本发明的活性炭改性的Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂，在制备过程中，存在以下三个关键因素：
(1)本发明解决了活性炭在TiO2和Bi2O3的均匀分布问题，本发明中控制煅烧过程的升温速度，防止升温过快造成分布不均，以解决活性炭大量吸附有机污染物的难矿化问题。本发明通过调控煅烧程序，控制所制备的吸附型光催化剂的多孔结构和高比表面积。具体来说，本发明的煅烧过程中，先抽真空至-40kPa后，通空气至30kPa，重复此步骤后再抽真空至-40kPa，再通空气至10kPa，随后以1～2℃/min的升温速率升温至260℃，保温8小时，再自然冷确至室温后，制备出活性炭改性的Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂。
(2)本发明解决了多孔TiO2纳米粒子的形成问题，因为多孔结构不仅有利于活性炭的均匀分布，而且有利于提高吸附型光催化剂对有机污染物的吸附量；本发明使用钛酸四丁酯为n型TiO2半导体的前驱体，经一锅水热反应和随后的高温煅烧，以获得高比表面积的TiO2多孔纳米粒子；使用活性炭作为吸附剂主体，利用其多孔结构确保其对废水中有机污染物的高吸附量。
(3)本发明解决了TiO2与Bi2O3的紧密结合问题，要确保TiO2与Bi2O3紧密结合，通过控制水热反应时的升温速度，缓慢升温有利于活性炭、TiO2与Bi2O3在水热过程中的分散，以形成p-n异质结促使其高效的光生电荷分离效率，从而加快对所吸附的有机污染物的光催化降解能力。
本发明使用五水硝酸铋为p型Bi2O3半导体的前驱体，利用搅拌和反应釜的高温高压条件下，促使其与活性炭和钛酸四丁酯进行均匀混合，制备出活性炭改性的Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂。
本发明所选用的活性炭因具有丰富的孔隙结构和大的比表面积，能大量吸附废水中各种有机污染物；然而，活性炭只能把有机污染物从水相中转移至活性炭中，而无法把所吸附的污染物进行有效的矿化，因此，必须要经过如溶剂萃取、洗涤或高温煅烧等过程除去所吸附的污染物而实现再生循环，导致其应用受限。另一方面，二氧化钛(TiO2)因具有高表面积、低成本以及高效紫外光催化能力等优点，而广泛应用于废水处理等领域。然而，以二氧化钛为基础的光催化剂还存在着反应速率慢、量子化产量低以及利用太阳能的能力较差等缺点，制约了其高效净化废水中有机污染物的能力。为此，通过改性、元素掺杂以及和其他半导体耦合以提高二氧化钛的可见光降解能力。其中，与二氧化钛构建独特的半导体-半导体p-n异质结，不仅能增强其光吸收，而且还能利用“结”的内建电场提高电荷的分离效率，导致其优越的可见光催化行为。而具有低成本、高稳定性以及强可见光吸收的p型半导体氧化铋(Bi2O3)是极好的n型TiO2半导体改性剂。通过构建Bi2O3/TiO2 p-n异质结，重大地提高了TiO2的可见光催化降解抗生素等典型有机污染物的能力。
本发明的有益效果：
(1)本发明以高比表面积的多孔活性炭为吸附剂，以Bi2O3/TiO2作为光催化剂，研制出均匀、多孔的活性炭改性Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂，也即是Bi2O3/TiO2 p-n异质结作为光催化剂主体，利用其强光催化降解能力，实现在光辐射下对所吸附的有机污染物进行高效或完全矿化，而达到简易的再生循环目标，避免了现有报道的吸附剂/光催化剂需经洗涤、解吸或高温煅烧等手段去除所吸附的污染物才能进行再生循环的弊端。
(2)本发明通过超声把活性炭、钛酸四丁酯和硝酸铋进行均匀混合，再经一锅水热制备出活性炭改性的Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂。在搅拌和水热反应中，能促使三者分布均匀，不但能有效地避免活性炭分布不均匀，导致所吸附的污染物难与高效或完全矿化的问题，而且还能有效地提高所制备吸附型光催化剂的比表面积和更高效的光生电荷分离效率。
(3)本发明的活性炭改性Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂是经一锅水热合成所制备的，有效地克服了现有吸附剂/光催化剂制备过程复杂的难题。
(4)本发明的活性炭改性Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂是完全以水为体系的绿色制备方法，其制备过程中不涉及到任何有机溶济加入。
(5)本发明的活性炭改性Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂可一锅制备出几十克级的样品，远远超越报道的吸附剂/光催化剂因制备过程复杂而一次性只能获得毫克级甚至微克级样品的缺点。因此，本发明的技术将具有更加广阔的实际应用前景。
(6)本发明的活性炭改性Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂是一种能高效或完全吸附(>99％)废水中四环素污染物的吸附剂，尤其是该吸附剂在较宽的pH值、无机离子以及环境水质等各种因素干扰下，还能保持高效净化废水中四环素等典型有机污染物。
(7)本发明的活性炭改性Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂是一种能将吸附四环素等典型有机污染物在光辐射下能高效或完全矿化的吸附型光催化剂，并且也呈现出良好的光催化再生循环能力。
附图说明
图1是实施例1所制备的活性炭改性Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂的SEM图。
图2是实施例1所制备的活性炭改性Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂的TEM图。
图3是实施例1所制备的活性炭改性Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂的EDX图，图中，a-d为催化剂中Bi(a)、C(b)、O(c)、Ti(d)元素的EDX谱图，e是催化剂的EDX图。
图4实施例1所制备的活性炭改性Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂的比表面积(左图)和孔径分布图(右图)。
图5是以实施例1制备的活性炭改性Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂，在暗室下对去离子水所配制的四环素(TC)随时间的变化的吸附效果图。
图6是以实施例1制备的活性炭改性Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂，在暗室下对去离子水所配制的罗丹明B(RhB)随时间的变化的吸附效果图。
图7是以实施例1制备的活性炭改性Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂，在暗室下对自来水、长江水以及去离子水所配制的四环素(TC)吸附效果影响图。
图8是以实施例1所制备的活性炭改性Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂，在暗室下对去离子水所配制的四环素(TC)吸附180min后，经光辐射2小时后再生并直接循环吸附TC的效果图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面对本发明的较佳实施例进行详细的阐述，但是如下实施例并不限制本发明的保护范围。
本发明的实施例中，没有多作说明的都是采用常规实验方法完成，实施例中所涉及过程没有多作说明的都是本领域技术人员根据产品说明书或本领域基础知识可以理解并且容易实现的，因此不再详细描述。
本发明煅烧过程中采用皓越公司1100-304型号煅烧炉为煅烧仪器。
本发明所用的活性炭为商业化颗粒活性碳(分析纯)，其比表面积约为1,339.28m2/g，系国药集团化学试剂有限公司产品。
本发明所用的钛酸四丁酯为98％(质量百分数)的溶液，系国药集团化学试剂有限公司产品。
本发明所用的硝酸铋为五水合硝酸铋，系分析纯，为国药集团化学试剂有限公司产品。
实施例1：活性炭改性的Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂的制备
(1)混合溶液的配置：将0.02g活性炭、0.6g钛酸四丁酯、0.3g五水硝酸铋加入40mL水中，在超声搅拌下使其混合均匀；
(2)一锅水热反应：将步骤(1)配制的混合液加入到聚四氟乙烯衬底的水热反应釜中(50mL)并进行密封，以2℃/min的速率升温至200℃的温度进行水热反应并恒温8h，反应完全后自然冷却至室温，经抽滤、去离子水洗涤和干燥后，得到复合物；
本发明中所涉及的抽滤采用常规抽滤设备能达到抽滤效果即可。
(3)样品处理：将步骤(2)得到的复合物以2℃/min的升温速率升温至260℃煅烧8h，制备出活性炭改性Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂。
该实施例所制备的活性炭改性Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂的SEM图、TEM图以及EDX图见图1-图3，图中可以证明本发明所制备的吸附型光催化剂中各组分均匀分布。
图4是该实施例所制备的活性炭改性Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂的比表面积和孔径分布图，证明了所制备的吸附型光催化剂具有高的比表面积和多孔特征，图中可见，本发明制备的催化剂的比表面积可达到250cc/g。
实施例2：活性炭改性的Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂的制备
(1)混合溶液的配置：将0.4g活性炭、12g钛酸四丁酯、6g五水硝酸铋加入800mL水中，在超声搅拌下使其混合均匀；
(2)一锅水热反应：将步骤(1)配制的混合液加入到聚四氟乙烯衬底的水热反应釜中(1000mL)并进行密封，以2℃/min的速率升温至200℃的温度进行水热反应并恒温8h，反应完全后自然冷却至室温，经抽滤、洗涤和干燥后，得到复合物；
(3)样品处理：将步骤(2)得到的复合物以5℃/min的升温速率升温至260℃煅烧10h，制备出活性炭改性Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂。
实施例3：活性炭改性的Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂的制备
(1)混合溶液的配置：将0.2g活性炭、6g钛酸四丁酯、3g五水硝酸铋加入400mL水中，在超声搅拌下使其混合均匀；
(2)一锅水热反应：将步骤(1)配制的混合液加入到聚四氟乙烯衬底的水热反应釜中(500mL)并进行密封，以1℃/min的速率升温至190℃的温度进行水热反应并恒温10h，反应完全后自然冷却至室温，经抽滤、洗涤和干燥后，得到复合物；
(3)样品处理：将步骤(2)得到的复合物以3℃/min的升温速率升温至280℃煅烧8h，制备出活性炭改性Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂。
实施例4：活性炭改性的Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂的制备
(1)混合溶液的配置：将0.02g活性炭、0.6g钛酸四丁酯、0.3g五水硝酸铋加入40mL水中，在超声搅拌下使其混合均匀；
(2)一锅水热反应：将步骤(1)配制的混合液加入到聚四氟乙烯衬底的水热反应釜中(50mL)并进行密封，以2℃/min的速率升温至200℃的温度进行水热反应并恒温8h，反应完全后自然冷却至室温，经抽滤、去离子水洗涤和干燥后，得到复合物；
本发明中所涉及的抽滤采用常规抽滤设备能达到抽滤效果即可。
(3)样品处理：将步骤(2)得到的复合物以5℃/min的升温速率升温至260℃煅烧10h，制备出活性炭改性Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂。
实施例5：活性炭改性的Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂对四环素的吸附
以实施例1所制备的活性炭改性Bi2O3/TiO2为吸附型光催化剂，在暗室下对去离子水所配制的四环素(TC)进行吸附实验。具体的，把活性炭改性Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂(10mg)和四环素去离子水溶液50mL(TC：10mg/L)倒入小烧杯中，随后用铝箔对其进行密封，再在搅拌下进行暗室吸附实验。每隔30分钟取样，利用紫外可见分光光度仪测定溶液中残留的四环素浓度，以获得不同吸附时间的四环素浓度变化，最后根据核正曲线获得四环素的吸附率。结果表明，本发明的活性炭改性Bi2O3/TiO2为吸附型光催化剂几乎能实现完全吸附四环素污染物(99.4％)的理想目标。
图5是以实施例1所制备的活性炭改性Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂，在暗室下对去离子水所配制的四环素(TC)随时间的变化的吸附效果图，图中可见，在30min时，活性炭改性Bi2O3/TiO2为吸附型光催化剂对四环素的吸附率即可达到90％以上，在180min时，活性炭改性Bi2O3/TiO2为吸附型光催化剂对四环素的吸附率达到99.4％。
实施例6：活性炭改性的Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂对罗丹明B的吸附
以实施例1所制备的活性炭改性Bi2O3/TiO2为吸附型光催化剂，在暗室下对去离子水所配制的罗丹明B进行吸附实验。具体来说，把活性炭改性Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂(10mg)和罗丹明B去离子水溶液50mL(RhB：10mg/L)倒入小烧杯中，随后用铝箔对其进行密封，再在搅拌下进行暗室吸附实验。每隔30分钟取样，利用紫外可见分光光度仪测定溶液中残留的罗丹明B浓度，以获得不同吸附时间的罗丹明B浓度变化，最后根据核正曲线获得罗丹明B的吸附率。结果表明本发明的活性炭改性Bi2O3/TiO2为吸附型光催化剂几乎能实现完全吸附罗丹明B(99.6％)污染物的理想目标。
图6是以实施例1所制备的活性炭改性Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂，在暗室下对去离子水所配制的罗丹明B(RhB)随时间的变化的吸附效果图。图中可见，在60min时，活性炭改性Bi2O3/TiO2为吸附型光催化剂对罗丹明B的吸附率即可达到90％以上，在180min时，活性炭改性Bi2O3/TiO2为吸附型光催化剂对罗丹明B的吸附率达到99.6％。
实施例7：
以实施例1所制备的活性炭改性Bi2O3/TiO2为吸附型光催化剂，在暗室下对自来水、长江水和去离子水分别配制的四环素(TC)进行吸附实验。具体来说，把活性炭改性Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂(10mg)分别与自来水、长江水以及去离子水所配制的四环素溶液50mL(TC：10mg/L)混合后倒入小烧杯中，随后用铝箔对其进行密封，再在搅拌下进行暗室吸附实验。结果表明自来水和长江水所配制的四环素对催化剂的吸附具有较少的影响(吸附率仍然高达90％以上)，也即证明了环境对所制备催化剂对污染物的吸附影响不大。
图7是以实施例1所制备的活性炭改性Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂，在暗室下对自来水、长江水以及去离子水所配制的四环素(TC)吸附效果影响图。图中可见，在30min时，活性炭改性Bi2O3/TiO2为吸附型光催化剂对自来水、长江水、去离子水配制的四环素的吸附率即可达到80％以上，在180min时，吸附率达到90％以上。
实施例8：
以实施例1所制备的活性炭改性Bi2O3/TiO2为吸附型光催化剂，在暗室下对去离子水所配制的四环素(TC)进行循环吸附实验。具体来说，把活性炭改性Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂(10mg)和四环素去离子水溶液50mL(TC：10mg/L)倒入小烧杯中，随后用铝箔对其进行密封，再在搅拌下进行暗室吸附实验，待吸附180min后，把催化剂进行离心、分离后直接在光辐射下进行再生循环实验。结果表明本发明的活性炭改性Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂在循环5次后，其对四环素的吸附率仍然达到80％左右，表明其良好的循环潜能。
图8是以实施例1所制备的活性炭改性Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂，在暗室下对去离子水所配制的四环素(TC)吸附180min后，经光辐射2小时后再生并直接循环吸附TC的效果图。
实施例9：
以实施例1所制备的活性炭改性Bi2O3/TiO2为吸附型光催化剂，在暗室下对去离子水所配制的甲基橙进行循环吸附实验。具体来说，把活性炭改性Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂(1.0g/L)和甲基橙水溶液50mL(甲基橙：25mg/L)倒入小烧杯中，随后用铝箔对其进行密封，再在搅拌下进行暗室吸附实验。结果表明本发明的活性炭改性Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂对甲基橙的吸附率高达91.8％，即使在循环5次后，其吸附率仍然高达87.6％。
实施例10：
以实施例1所制备的活性炭改性Bi2O3/TiO2为吸附型光催化剂，在暗室下对去离子水所配制的磺胺甲嘧啶进行循环吸附实验。具体来说，把活性炭改性Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂(1.0g/L)和磺胺甲嘧啶水溶液50mL(磺胺甲嘧啶：25mg/L)倒入小烧杯中，随后用铝箔对其进行密封，再在搅拌下进行暗室吸附实验。结果表明本发明的活性炭改性Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂对甲基橙的吸附率高达98.2％，即使在循环5次后，其吸附率仍然高达90.3％。
以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围内。
Claims (10)
1.一种活性炭改性的Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
(1)前驱体溶液配置：将活性炭、钛酸四丁酯、硝酸铋加入去离子水中，在超声下混合均匀，制备出混合溶液；
(2)一锅水热反应：将步骤(1)所得到的混合溶液加入到反应容器中，并以一定的升温速率升至一定温度进行水热反应；反应后冷却至室温，经抽滤、洗涤、干燥后，制备出活性炭、二氧化钛和铋化合物混合的复合物；
(3)活性炭改性的Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂的形成：将步骤(2)得到的复合物，以一定的升温速率升至一定温度后，在空气氛围下进行煅烧，制备出活性炭改性的Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述活性炭、钛酸四丁酯、硝酸铋和去离子水的用量分别为0.02～0.4g、0.6～12g、0.3～6g和40～800mL。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述升温速率为1～2℃/min。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述水热反应温度为150～200℃，反应时间6～12h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述升温速率为1～5℃/min，优选的，所述升温速率为1～2℃/min。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述煅烧温度为250～300℃，煅烧时间为8～12h。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述煅烧温度为260℃，煅烧时间为8h。
8.一种权利要求1所述方法制备的活性炭改性的Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂。
9.一种权利要求1所述方法制备的活性炭改性的Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂在净化水体中有机污染物的用途。
10.根据权利要求9所述的用途，其特征在于，所述有机污染物包括但不限于四环素、罗丹明B、磺胺甲嘧啶、甲基橙。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310066464.1A CN116173939B (zh) | 2023-01-19 | 2023-01-19 | 一种活性炭改性的Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310066464.1A CN116173939B (zh) | 2023-01-19 | 2023-01-19 | 一种活性炭改性的Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂及其制备方法和应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116173939A true CN116173939A (zh) | 2023-05-30 |
| CN116173939B CN116173939B (zh) | 2024-09-27 |
Family
ID=86451776
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310066464.1A Active CN116173939B (zh) | 2023-01-19 | 2023-01-19 | 一种活性炭改性的Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116173939B (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101780952A (zh) * | 2010-03-26 | 2010-07-21 | 上海交通大学 | 负载功能氧化物多孔炭的制备方法 |
| CN102824905A (zh) * | 2012-09-20 | 2012-12-19 | 中国科学院新疆理化技术研究所 | 氮-二氧化钛/三氧化二铋三元复合光催化材料及制备方法和用途 |
| CN111185152A (zh) * | 2020-01-14 | 2020-05-22 | 北京工业大学 | 一种多功能耦合的PAC/Bi2O3/TiO2复合材料制备方法 |
| CN113398914A (zh) * | 2021-05-24 | 2021-09-17 | 江苏大学 | 一锅水热合成可见光催化剂的制备方法 |
-
2023
- 2023-01-19 CN CN202310066464.1A patent/CN116173939B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101780952A (zh) * | 2010-03-26 | 2010-07-21 | 上海交通大学 | 负载功能氧化物多孔炭的制备方法 |
| CN102824905A (zh) * | 2012-09-20 | 2012-12-19 | 中国科学院新疆理化技术研究所 | 氮-二氧化钛/三氧化二铋三元复合光催化材料及制备方法和用途 |
| CN111185152A (zh) * | 2020-01-14 | 2020-05-22 | 北京工业大学 | 一种多功能耦合的PAC/Bi2O3/TiO2复合材料制备方法 |
| CN113398914A (zh) * | 2021-05-24 | 2021-09-17 | 江苏大学 | 一锅水热合成可见光催化剂的制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| NAN WANG ET AL.: ""Enhanced photocatalytic degradation of sulfamethazine by Bi-doped TiO2 nano-composites supported by powdered activated carbon under visible light irradiation"", 《SEPARATION AND PURIFICATION TECHNOLOGY》, vol. 211, pages 1 - 2 * |
| Z F WU ET AL.: ""Fabrication of Activated Charcoal Adsorption Bi2O3/TiO2 Composite Powders and the Study of Their Photocatalytic Activity"", 《IOP CONFERENCE SERIES: MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING》, pages 1 - 5 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116173939B (zh) | 2024-09-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108273492B (zh) | 一种氧化铋/四氧化二铋异质结光催化剂及其制法和用途 | |
| US20190127883A1 (en) | Iodine doped bismuthyl carbonate nanosheet and molybdenum disulfide modified carbon nanofiber composites, preparation method and application thereof | |
| CN106732524B (zh) | 一种α/β-氧化铋相异质结光催化剂及其制法和用途 | |
| CN109847786B (zh) | 一种Z型光催化剂MgAlLDH/CN-H的制备方法及应用 | |
| WO2021212923A1 (zh) | 负载于泡沫镍表面的 p-n 异质结复合材料及其制备方法与应用 | |
| CN108993550B (zh) | 一种表面氧空位改性的溴氧铋光催化剂及其制备方法 | |
| CN105195180B (zh) | 一种硒酸铋光催化剂及其制备方法与应用 | |
| CN108067267B (zh) | 一种可见光响应碲化镉/二氧化钛z型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 | |
| CN112108150A (zh) | 基于磁性Fe3O4修饰的玉米芯生物质碳点复合Bi2WO6光催化剂的制备方法及用途 | |
| CN111659453B (zh) | 一种可见光-臭氧协同催化的催化剂及其制备方法 | |
| CN102698727B (zh) | 一种制备高热稳定性的负载型TiO2光催化剂的方法 | |
| CN113398914A (zh) | 一锅水热合成可见光催化剂的制备方法 | |
| CN111036265A (zh) | 一种复合纳米光催化剂CDs-N-BiOCl及其制备方法与应用 | |
| CN112337490A (zh) | 一种Mn-FeOCl材料制备及其催化降解水中孔雀石绿使用方法 | |
| Liu et al. | Preparation of novel Bi4O5I2/Ag3PO4 with enhanced visible-light photocatalytic activities | |
| CN111686770A (zh) | 一种金属离子共掺杂BiOBr微球、制备方法及其应用 | |
| Yu et al. | Constructing a novel mesoporous CsxWO3/C composite aerogel for efficient adsorption/photocatalytic degradation of Oxytetracycline | |
| CN113145158B (zh) | 剥离管状氮化碳光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN113694946A (zh) | 一种核壳结构的Bi2O2CO3@rGO光催化剂及其制备方法及应用 | |
| Zhang et al. | Construction lamellar BaFe12O19/Bi3. 64Mo0. 36O6. 55 photocatalyst for enhanced photocatalytic activity via a photo-Fenton-like Mo6+/Mo4+ redox cycle | |
| CN106362728B (zh) | 纳米片状Bi2Ga4O9的制备方法及应用 | |
| CN116351438B (zh) | 一种二氧化铈硫化铟光催化材料及其制备方法与应用 | |
| CN110624574B (zh) | 一种双Bi4O5I2光催化材料的制备方法及其降解MC-LR的应用 | |
| CN116173939B (zh) | 一种活性炭改性的Bi2O3/TiO2吸附型光催化剂及其制备方法和应用 |
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 |