一种采用农林废弃物制备具有吸附催化双功能材料的方法与流程

本发明涉及吸附催化双功能材料技术领域，具体涉及一种采用农林废弃物制备具有吸附催化双功能材料的方法。

背景技术：

近年来，生物质资源的合理开发利用越来越受到世界各国的重视，同时也产生了数量庞大的生物质废弃物，其中农林废弃物占生物质资源利用量的30％左右，具有种类多、数量巨大、可再生、再生周期短、可生物降解等特点。农林废弃物主要包括农业和林业生产活动剩余秸秆、稻壳、树皮和木屑等，其资源化利用率仅分别为2.5％(农业废弃物)和0.9％(林业废弃物)，具有相当大的开发利用潜力。

农林废弃物常见的处理办法包括焚烧、堆肥和热解。焚烧和堆肥会对空气和环境造成危害，而热解是在无氧条件下通过控制温度、气速、时间等来实现生物质的炭化，是目前较为热门且新型的处理方法，该方法能实现农林废弃物的资源化、减量化和无害化。热解技术不仅能解决二次污染问题，并且相对易于操作，热解产生的生物质碳在净化水源、改良土壤、催化和储能等领域广泛应用。例如李晓蕾等人[1]制备的高吸附性能的磁性生物质活性炭(mac)，用于孔雀石绿(mg)染料废水的吸附。胡鹏[2]等人利用生物质碳负载的铁-钴(fe-co/c)磁性吸附材料对亚甲基蓝(mb)进行磁性吸附分离。但是目前脱色剂的使用存在用量大，染料处理量小，处理时间长的问题。

为了解决上述问题，我们发明了一种采用农林废弃物制备具有吸附催化双功能材料的方法。这种双功能材料由于其比表面积高，制备工艺简单，原料廉价易得，在染料脱色领域具有十分广阔的应用前景。

技术实现要素：

本发明提出一种采用农林废弃物制备具有吸附催化双功能材料的方法，在目前制备生物质碳的基础上，在酸性条件下浸渍过渡金属得到双功能催化剂；然后将染料液与双功能催化剂混合，达到吸附平衡后在可见光的照射下进行催化脱色反应，最终得到几乎无色的溶液。一方面该双功能催化剂孔径大，比表面积高有利于吸附染料分子从而达到脱色效果；另一方面该合成方法简单，操作方便，无特殊反应条件，利用可见光催化反应深度脱色，有望实现大规模工业化应用。

本发明提出一种采用农林废弃物制备具有吸附催化双功能材料的方法，具体包括以下步骤。

步骤一：将农林废弃物用粉碎机粉碎，筛取40-60目粒径的粉末干燥，加酸浸渍，并在80-110℃下干燥1-5h；干燥后放入马弗炉内焙烧1-5h，温度为400-800℃。得到黑色块状固体，研磨，至80-100目粒径的细小颗粒状。

步骤二：将过渡金属盐用水溶解，配置成质量浓度为0.0017％-0.17％的溶液，然后与步骤一所述的黑色颗粒按照1250-5000ml/g的比例混合，放入小锥形瓶中，搅拌浸渍3-20h后，得到浑浊溶液。

步骤三：将步骤二中所述的浑浊溶液进行离心处理，离心分离的速度为2000-5000rpm，时间为3-15分钟；将离心得到的沉淀物用去离子水洗涤2-5次，然后将沉淀物放入干燥箱中干燥2-5h，温度为80-120℃，得到具有吸附催化双功能材料。

其中，在步骤一中所述的农林废弃物为小麦秸秆、玉米秆、竹叶、桑叶、山楂叶、枇杷叶、杜仲叶中的一种；所述的酸为磷酸、柠檬酸、草酸中的一种。在步骤二中所述的过渡金属盐为硝酸银、硝酸钴、硝酸铋、硝酸锌中的一种。

采用农林废弃物制备具有吸附催化双功能材料可用于染料脱色，其方法为：将步骤三中得到的双功能材料与染料液混合，置于小锥形瓶中，用锡纸包裹，避光搅拌20-40min；吸附平衡后去掉锡纸，将锥形瓶置于模拟可见光源下，反应0.5-24h，实现染料的深度脱色。

上面所述的染料液为罗丹明b、甲基橙、亚甲基蓝、刚果红中的一种。

本发明的优点在于。

1、本发明中提出的一种采用农林废弃物制备具有吸附催化双功能材料的方法，该方法得到的具有吸附催化双功能材料所用的原料廉价易得，制备工艺简单高效，易于工业化生产。

2、本发明中提出的一种采用农林废弃物制备具有吸附催化双功能材料的方法，该方法得到的具有吸附催化双功能材料具有形貌规整，性能稳定，比表面积大，多孔径分布等优点。

3、本发明中提出的一种采用农林废弃物制备具有吸附催化双功能材料的方法，该方法得到的具有吸附催化双功能材料对染料的适用范围广，适用性强，并且催化剂用量小，反应速度快，脱色量比传统吸附材料大10-20倍，能够达到深度脱色的效果。

4、本发明中提出的一种采用农林废弃物制备具有吸附催化双功能材料的方法，该材料处理后的染料液脱色明显，其染料含量达到国家可允许排放标准，并且经过乙醇洗涤之后还可对染料进行回收，进一步降低服装，印染工业的成本。

5、本发明中提出的一种采用农林废弃物制备具有吸附催化双功能材料的方法，该材料具有在可见光波段高的吸收率的特点，光催化成分具有良好的可见光响应。

附图说明

图1：本发明中提出的一种采用农林废弃物制备具有吸附催化双功能材料的工艺流程图。

图2：实施例1制备的双功能材料的扫描电镜照片。

图3：实施例1制备的双功能材料降解罗丹明b的结果图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例来详述本发明的技术特点，如图1所示。

实施例1

本发明提出一种采用农林废弃物制备具有吸附催化双功能材料的方法，具体包括以下步骤。

步骤一：将农林废弃物用粉碎机粉碎，筛取40目粒径的粉末干燥，加酸浸渍，并在80℃下干燥2h；干燥后放入马弗炉内焙烧2h，温度为600℃。得到黑色块状固体，研磨，至80-100目粒径的细小颗粒状。

步骤二：将过渡金属盐用水溶解，配置成质量浓度为0.017％的溶液，然后与步骤一所述的黑色颗粒按照2500ml/g的比例混合，放入小锥形瓶中，搅拌浸渍6h后，得到浑浊溶液。

步骤三：将步骤二中所述的浑浊溶液进行离心处理，离心分离的速度为3500rpm，时间为5分钟；将离心得到的沉淀物用去离子水洗涤3次，然后将沉淀物放入干燥箱中干燥2h，温度为80℃，得到具有吸附催化双功能材料。

其中在步骤一中所述的农林废弃物和酸分别为玉米秆和磷酸；其中在步骤二中所述的过渡金属盐为硝酸银。

采用农林废弃物制备的具有吸附催化双功能的材料可用于染料脱色，其方法为：将具有吸附催化双功能的材料放入盛有320mg/l罗丹明b溶液的锥形瓶中，搅拌，暗反应0.5h，然后光反应0.5h，最终实现罗丹明b溶液的脱色。

结果表明：该材料的扫描电镜照片见图2，为多孔碳材料。图3可见该材料能在30min内对320mg/l的罗丹明b溶液进行脱色处理，脱色率为96.64％，处理量达到1503.67mgrhb/gcat。

实施例2

本发明提出一种采用农林废弃物制备具有吸附催化双功能材料的方法，具体包括以下步骤。

步骤一：将农林废弃物用粉碎机粉碎，筛取60目粒径的粉末干燥，加酸浸渍，并在80℃下干燥1h；干燥后放入马弗炉内焙烧1h，温度为500℃。得到黑色块状固体，研磨，至80-100目粒径的细小颗粒状。

步骤二：将过渡金属盐用水溶解，配置成质量浓度为0.017％的溶液，然后与步骤一所述的黑色颗粒按照2500ml/g的比例混合，放入小锥形瓶中，搅拌浸渍3-20h后，得到浑浊溶液。

步骤三：将步骤二中所述的浑浊溶液进行离心处理，离心分离的速度为3500rpm，时间为5分钟；将离心得到的沉淀物用去离子水洗涤3次，然后将沉淀物放入干燥箱中干燥2h，温度为80℃，得到具有吸附催化双功能材料。

其中在步骤一中所述的农林废弃物和酸分别为小麦秸秆和柠檬酸；其中在步骤二中所述的过渡金属盐为硝酸银。

采用农林废弃物制备的具有吸附催化双功能的材料可用于染料脱色，其方法为：将具有吸附催化双功能的材料放入盛有640mg/l罗丹明b溶液的锥形瓶中，搅拌，暗反应0.5h，然后光反应0.5h，最终实现罗丹明b溶液的脱色。

结果表明：该材料能在30min内对640mg/l的罗丹明b溶液进行脱色处理，脱色率为53.09％，处理量达到1592.28mgrhb/gcat。

实施例3

本发明提出一种采用农林废弃物制备具有吸附催化双功能材料的方法，具体包括以下步骤。

步骤一：将农林废弃物用粉碎机粉碎，筛取40目粒径的粉末干燥，加酸浸渍，并在110℃下干燥1h；干燥后放入马弗炉内焙烧1h，温度为500℃。得到黑色块状固体，研磨，至80-100目粒径的细小颗粒状。

步骤二：将过渡金属盐用水溶解，配置成质量浓度为0.017％的溶液，然后与步骤一所述的黑色颗粒按照2500ml/g的比例混合，放入小锥形瓶中，搅拌浸渍12h后，得到浑浊溶液。

步骤三：将步骤二中所述的浑浊溶液进行离心处理，离心分离的速度为3500rpm，时间为5分钟；将离心得到的沉淀物用去离子水洗涤3次，然后将沉淀物放入干燥箱中干燥3h，温度为80℃，得到具有吸附催化双功能材料。

其中在步骤一中所述的农林废弃物和酸分别为桑叶和磷酸；其中在步骤二中所述的过渡金属盐为硝酸银。

采用农林废弃物制备的具有吸附催化双功能的材料可用于染料脱色，其方法为：将具有吸附催化双功能的材料放入盛有160mg/l罗丹明b溶液的锥形瓶中，搅拌，暗反应0.5h，然后光反应0.5h，最终实现罗丹明b溶液的脱色。

结果表明：该材料能在30min内对160mg/l的罗丹明b溶液进行脱色处理，脱色率为99.41％，处理量达到737.09mgrhb/gcat。

本发明中[]内的数字分别相应地表示如下参考文献。这些文献的全部内容都全文引入本发明作为本发明说明书中的一部分。

[1]李晓蕾.磁性生物质活性炭的制备及其对工业染料废水的吸附特性研究[d].中国矿业大学,2019.

[2]胡鹏,牛静,薛首峰,王姣姣,张宁.生物质碳负载铁-钴磁性复合材料的合成及在染料废水处理中的应用[j].化工新型材料,2018,46(04):220-223.