本发明涉及污水处理，具体为一种污水处理用磁性负载光催化剂及其制备方法。
背景技术：
1、工业化进程的推进使得环境问题日益突出，人类的生产活动对水资源的影响已经由地表波及到地下，致使水资源发生污染的因素也逐渐由单一变得复杂。水资源的污染不仅会阻碍社会发展，威胁身体健康，还会对自然界生态环境造成破坏，影响动植物的正常生长。因此，寻找行之有效的水污染处理办法是我们一直努力的重点。
2、传统的水污染处理办法主要包括：生物法、电解法、化学法、光催化法；其中生物法需要占用大量的土地面积，处理时间长，降解效率低，应用受到限制；电解法需要消耗大量的能源，对很多中小企业来说成本较高，负担沉重，难以推广；化学法主要是采用化学杀菌剂进行杀菌处理，化学杀菌剂中含有的氯、臭氧容易发生过量，产生具有致癌作用的副产物，同时针对性较弱，对部分细菌、病毒没有效果。光催化处理是近些年比较热门的一种水污染处理技术，主要是利用光催化剂在光的作用下将水中的有机污染物降解为二氧化碳、其他小分子有机物、水等物质，安全无污染，不会产生毒副作用，格外收到人们的关注。
3、二氧化钛是比较常用的半导体光催化剂材料，具有性质稳定，安全无毒、价格低廉的优点，其禁带宽度在3.2ev左右，能够在紫外光的作用下被激发，进而实现光催化效果；然而紫外光属于不可见光，且仅仅只占太阳光的4%左右，也就是说太阳光的大部分光能是未能得到有效利用的，单纯使用二氧化钛做光催化剂，光催化效率较低传统的光催化剂粉体还容易发生脱落，而溶胶-凝胶法制备的光催化剂制备过程较为复杂，光催化效果差；光催化剂还存在光生电子对容易发生复合，回收困难，循环使用率低，运行成本高等问题。
4、目前市面上的很多光催化剂多多少少都存在着催化剂磁性较差，或者在使用过程中容易出现光催化剂的散失、消磁问题，难以实现高效率的回收；对有机污染物的络合吸附作用不足，导致光催化效率不高。
5、因此开发一种光催化效果好，易回收，耐久性好，运行成本低的污水处理用磁性负载光催化剂，具有广泛的市场价值和应用前景。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种污水处理用磁性负载光催化剂及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种污水处理用磁性负载光催化剂及其制备方法。
3、一种污水处理用磁性负载光催化剂的制备方法，包括以下步骤
4、(1)制备光催化剂基材：
5、a.将生物质多孔炭置于叔胺类偶联剂中，得生物质多孔炭a；
6、b.高纯氮气氛围下，将氯苄基三氯硅烷置于甲苯与二氯乙烷混合液中，得到溶液a；
7、c.将硫酸锌溶液、硫酸锰溶液、六水合氯化铁溶液混合，加入草酸溶液，加入溶液a、无水吡啶、生物质多孔炭a，得磁性负载光催化剂基材；
8、(2)制备光催化剂浆料：
9、a.将五水合硝酸铋、碘化钾置于乙二醇中，得溶液b；
10、b.将丙烯酸锌-硅共聚物置于甲醇中搅拌溶解，依次加入钛氧盐溶液、量子点溶液、溶液b、氨水，得磁性负载光催化剂浆料；
11、(3)合成光催化剂：使用喷枪将光催化剂浆料以v1的速度在光催化剂基材上喷涂，经过热处理后，得磁性负载光催化剂。
12、所述步骤(1)的具体操作方法为：a.将50-100份生物质多孔炭置于70-120份叔胺类偶联剂中超声分散10-20min，于60-100℃条件下回流3-5h，过滤，得生物质多孔炭a。
13、b.步骤具体操作方法为：高纯氮气氛围下，将40-70份氯苄基三氯硅烷置于100-120份甲苯与二氯乙烷混合液中搅拌20-40min，得到溶液a；
14、c.将40-60份硫酸锌溶液、30-50份硫酸锰溶液、60-70份六水合氯化铁溶液混合，超声分散1-3h，加入3-5份草酸溶液，将温度升高至65-75℃，调节ph值为7-10，边搅拌边加入溶液a、10-15份无水吡啶继续搅拌反应1-2h，于100-200℃条件下回流3-5h，加入生物质多孔炭a，超声分散2-3h，过滤，过滤产物置于模具中压实，煅烧，得磁性负载光催化剂基材。
15、进一步的，所述步骤(2)的具体操作步骤为：a.将40-60份五水合硝酸铋、45-65份碘化钾置于乙二醇中超声分散1-2h，得溶液b；
16、b.将120-180份丙烯酸锌-硅共聚物置于甲醇中搅拌溶解，依次加入40-70份钛氧盐溶液、60-70份量子点溶液、溶液b、15-25份氨水，超声分散1-2h，得磁性负载光催化剂浆料。
17、进一步的，所述步骤(3)的具体操作步骤为：使用喷枪将光催化剂浆料以v1的速度在光催化剂基材上喷涂3-5min，先在95-155℃条件下热处理1-2h，再于155-255℃条件下热处理30-50min，得磁性负载光催化剂。采用阶段升温的方法可以避免一次升温造成物质来不及反应的问题，提高碘氧化铋/量子点/二氧化钛复合物的生成率，同时增强光催化剂浆料与光催化剂基材之间的界面结合力。
18、进一步的，所述喷枪的压力为0.4-0.6mpa；所述喷涂速度v1为0.3-0.5m/s。
19、进一步的，所述叔胺类偶联剂为n，n-二乙基氨丙基三甲氧基硅烷、n-咪唑丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种。
20、进一步的，所述煅烧温度为800-1000℃，煅烧时间为2-3h。
21、进一步的，由权利要求1-9中任一项所述的污水处理用磁性负载光催化剂的制备方法制得。
22、生物质多孔炭是一种孔隙结构丰富、比表面积大的多孔炭材料，具有优异的吸附性、导电性、耐高温性和耐化学性能，在自然界中的储量丰富，价格便宜，由于生物质多孔炭的主要成分为碳元素，表面呈现惰性，本发明将其与叔胺类偶联剂反应，将叔胺类偶联剂成功修饰到生物质多孔炭上，提高其化学反应活性。
23、本发明先将硫酸锌、硫酸锰、六水合氯化钠、氯苄基三氯硅烷混合，其中硫酸锌、硫酸锰、六水合氯化钠在草酸溶液的作用下生成锰铁锌铁氧体，氯苄基三氯硅烷又与锰铁锌铁氧体上的活性羟基发生化学键合，进而被修饰到锰铁锌铁氧体表面；此时再向反应体系中加入功能化生物基多孔炭，功能化生物基多孔炭上的叔胺与锰铁锌铁氧体上的氯苄基反应生成季铵盐，生物质多孔炭与锰铁锌铁氧体之间均匀混合并通过化学键相互连接并形成一个整体，生成由生物质多孔炭、锰铁锌铁氧体复合而成的光催化剂基材；其中季铵盐不仅充当了“连接件”的作用，其固有的抗菌能力也赋予了光催化剂基材理想的杀菌效果。煅烧工序可以使得本发明制备的光催化剂基材质地更加坚固，不易松散脱落，强化其在自然界中的耐候性、耐酸碱性等特性，延长催化剂使用寿命。
24、本发明中氯苄基的修饰增强了锰铁锌铁氧体与生物质多孔炭之间的界面结合力，避免了光催化剂在使用过程中的脱落问题，提高了回收率；其与叔胺生成的季铵盐不仅强化光催化剂的抗菌性能，还加强了光催化剂的催化活性。
25、本发明将五水合硝酸铋、碘化钾、钛氧盐溶液、量子点溶液、氨水、丙烯酸锌-硅共聚物混合得到光催化剂浆料；再使用喷枪将磁性负载光催化剂浆料喷涂到光催化剂基材表面；磁性负载光催化剂浆料中的铋离子、钛离子、量子点游离并被络合到光催化剂基材中的巯基上，并在氨水、碘化钾、热处理的协同作用下发生反应，在光催化剂基材表面形成碘氧化铋/量子点/二氧化钛复合物。
26、碘氧化铋的禁带宽度在1.77ev，属于可见光催化剂，在大部分可见光条件下均能被激发并发生光催化作用；本发明将碘氧化铋、二氧化钛进行复合，得到的磁性负载光催化剂禁带宽度明显扩大，可将光催化范围又不可见光区扩展到可见光区，光催化效率明显提升。
27、量子点属于低维半导体材料，其表面含有大量的羟基、羧基等活性官能团，有利于金属离子的络合作用，其本身还具有优异的导电性和较大的禁带宽度，可有效抑制光生电子-空穴对的复合；将其与碘氧化铋、二氧化钛复合形成的复合物，禁带宽度进一步扩大，，性质稳定，光催化效率高，与光催化剂基材之间的结合牢固，不易发生脱落，耐久性好，使用寿命长。
28、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
29、1、本发明中的光催化剂基材主要是由锰铁锌铁氧体、生物质多孔炭复合而成，其中，锰铁锌铁氧体与传统的氧化铁等金属软磁材料相比，磁化强度和磁导率更高，在外加磁场的作用下即可实现磁性负载光催化剂的高效回收，不容易发生消磁现象，便于循环利用，使用寿命长，成本低。本发明光催化剂基材中的生物质多孔炭孔隙率高，比表面积大，可有效络合废水中的重金属、有机物等杂质，便于催化剂催化；本发明中锰铁锌铁氧体、生物质多孔炭络合过程中产生的季铵盐可实现污水的高效杀菌作用，增强光催化剂基体结合力，防止磁性负载光催化剂由于长期浸泡在污水中发生松散、脱落现象。
30、2、本发明中的碘氧化铋/量子点/二氧化钛复合物具有较强的禁带宽度，在太阳光的可见光区和废可见光区均能发生激发作用，光催化效率与传统光催化剂相比，催化效率大大提高，其中碳量子点的加入不仅不可以加快反应进程，还能有效避免光催化过程中光生电子-空穴对发生复合，进一步改善磁性负载光催化剂的催化效果。
31、3、本发明中的磁性负载光催化剂浆料是在一定喷涂压力条件下喷涂在光催化剂基材上的，其生成的碘氧化铋/量子点/二氧化钛复合物也是通过化学键合作用在光催化剂基材表面的，经过一定条件的热处理，磁性负载光催化剂浆料与光催化剂基材之间的界面结合力较强，即使长时间浸泡的在废水中，其表面的光催化材料也不会发生脱落，耐久性好；本发明使用喷涂的方法，避免了溶胶凝胶法制备工艺复杂，光能透过率低的问题，降低光能耗散作用，进一步提高磁性负载光催化剂的光能利用率。本发明中的丙烯酸锌-硅共聚物有助于提高磁性负载光催化剂的防污防水性能。
32、4、本发明所述的磁性负载光催化剂光能利用率高，催化效果好，长期使用不易发生松散脱落现象，回收率高，耐久性好，原理简单易懂，反应过程易于控制，成本低，磁性负载光催化剂使用寿命长，非常适合工业化生产，具有较高的经济价值和实用价值。