一种光催化去除水中氨氮的半导体复合材料及其合成方法

本发明涉及半导体复合材料，具体为一种光催化去除水中氨氮的半导体复合材料及其合成方法。

背景技术：

1、近年来，随着经济发展和人口的迅猛增长，人类活动造成的工业废水、农业废水、生活废水和集中式治理设施废水等持续增加，致使水体中产生大量的持久性难分解的有毒有害污染物。其中，氨氮作为水体中的主要污染物之一，一般以非离子氨(nh3)和氨离子(nh4+)两种形式存在，特别是nh3具有较强的脂溶性，能够穿透细胞膜，对水生生物有很强的毒性，并且过量的nh3还会引起地表水体的富营养化，威胁鱼类等水生生物的生存，直接影响到水产养殖的经济效益。在实际生活与生产中，目前水体中nh3的去除方法主要有物化法和生化法，虽然其工艺成熟，但适用范围有限，处理成本较高，并且没有从根本上实现无害化处理，不可避免地导致生成废料和二次污染，尤其是在nh3氧化不完全的情况下，容易生成硝酸盐氮或者亚硝酸盐氮，亚硝酸盐的水解产物亚硝胺能够致癌，严重威胁人类的健康。面对目前水环境的严重污染问题，在结合可持续发展战略方针的基础上，清洁的太阳能是一种极其有效的治理污水手段，并已经取得了一系列成果。光催化剂在光照的条件下能够使水体中的水或者溶解的氧气产生强氧化性自由基，而且催化剂中光生空穴本身也具有很强的氧化能力，可与污染物作用发生一系列氧化还原反应，具有广阔的应用前景。然而作为近些年发展起来的新的研究领域，光催化降解水体中污染物基本上还停留在实验室研究阶段。因此，无论是在光催化机理的研究方面，还是在工业实际应用中都需要进一步深入研究。二氧化钛(tio2)是一种常见的半导体光催化剂，具有杀菌、除臭、防雾、自洁净等作用，可以进一步改善生活环境。值得注意的是，尽管利用tio2构成的非均相催化剂，实现了污染物的降解，但仍面临着光生载流子在向催化剂表面迁移时容易发生复合(小的电子自由程)并导致催化效率低等问题。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种光催化去除水中氨氮的半导体复合材料及其合成方法。

3、(二)技术方案

4、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种光催化去除水中氨氮的半导体复合材料，包括如下重量份材料：

5、硝酸铜三水合物：2-10mg；

6、tio2：30-100mg；

7、n,n-二甲基甲酰胺：5-15ml。

8、优选的，所述tio2采用纳米tio2。

9、本发明进一步提供了一种光催化去除水中氨氮的半导体复合材料的合成方法，包括如下步骤：

10、步骤1、将对应重量份硝酸铜三水合物、tio2：30-100和n,n-二甲基甲酰胺加入反应釜内衬中；

11、步骤2、将上述原料在反应釜内衬中搅拌均匀；

12、步骤3、将带有上述混合好的物料反应釜内衬放入反应釜中加热120-200℃；

13、步骤4、上述物料待反应结束后自然冷却至室温，将反应后的样品离心收集；

14、步骤5、收集的样品无水乙醇洗数次后，将收集到的样品放入真空干燥箱中，干燥得到cu/tio2复合材料。

15、优选的，所述反应釜内衬采用聚四氟乙烯。

16、优选的，所述步骤2中，搅拌采用超声波分散。

17、优选的，所述反应釜材质采用不锈钢。

18、(三)有益效果

19、与现有技术相比，本发明提供了一种光催化去除水中氨氮的半导体复合材料及其合成方法，具备以下有益效果：

20、该光催化去除水中氨氮的半导体复合材料及其合成方法，本发明通过溶剂热法制备了cu/tio2纳米复合材料。利用太阳能模拟器(连续谱氙灯)作为光源，验证cu/tio2复合材料的氨氮去除效率以及复合材料多次循环催化的稳定性。结果表明，构筑具有局域表面等离子体共振(loalizedsurface plasmon简称lspr)效应的cu纳米颗粒与半导体材料组成的复合结构，可以有效提高cu/tio2复合材料的光催化性能，其该半导体复合材料稳定性强，制备方便。

技术特征：

1.一种光催化去除水中氨氮的半导体复合材料，其特征在于,包括如下重量份材料：

2.根据权利要求1所述的一种光催化去除水中氨氮的半导体复合材料，其特征在于：所述tio2采用纳米tio2。

3.一种光催化去除水中氨氮的半导体复合材料的合成方法，其特征在于：包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种光催化去除水中氨氮的半导体复合材料及其合成方法，其特征在于：所述反应釜内衬采用聚四氟乙烯。

5.根据权利要求4所述的一种光催化去除水中氨氮的半导体复合材料及其合成方法，其特征在于：所述步骤2中，搅拌采用超声波搅拌。

6.根据权利要求5所述的一种光催化去除水中氨氮的半导体复合材料及其合成方法，其特征在于：所述反应釜材质采用不锈钢。

技术总结
本发明涉及半导体复合材料技术领域，具体为一种光催化去除水中氨氮的半导体复合材料，包括如下重量份材料：硝酸铜三水合物：2‑10mg；TiO<subgt;2</subgt;：30‑100mg；N,N‑二甲基甲酰胺：5‑15mL；本发明进一步提供了一种光催化去除水中氨氮的半导体复合材料的合成方法，包括如下步骤：步骤1、将对应重量份硝酸铜三水合物、TiO<subgt;2</subgt;：30‑100和N,N‑二甲基甲酰胺加入反应釜内衬中。利用太阳能模拟器(连续谱氙灯)作为光源，验证Cu/TiO<subgt;2</subgt;复合材料的氨氮去除效率以及复合材料多次循环催化的稳定性。结果表明，构筑具有局域表面等离子体共振(LoalizedSurfacePlasmon简称LSPR)效应的Cu纳米颗粒与半导体材料组成的复合结构，可以有效提高Cu/TiO<subgt;2</subgt;复合材料的光催化性能，其该半导体复合材料稳定性强，制备方便。

技术研发人员：顾知之,王伟,董敬一,李国涵,李剑桥,王月
受保护的技术使用者：大连海洋大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15