一種Co3O4納米線光催化劑及其製備方法與流程
2023-05-21 20:18:41
本發明涉及以cocl2為鈷源製備co3o4納米線光催化劑，並將所製備得到的光催化劑用於光催化降解有機染汙物的研究，屬於環境材料製備技術領域。
背景技術：
隨著人類健康及生活質量的大幅提高，藥品及個人護理品的廣泛使用，其生產和使用對環境的負擔較大。這類化學物質具有環境效應、遺傳毒性效應和生理生態毒性，抗生素就是其中代表性化合物。抗生素是一類控制感染性疾病和預防、治療動植物病蟲害的藥物，其不合理使用導致大量的殘留物進入環境，對生態環境及人體健康帶來了嚴重危害。同時其成分複雜，難於處理。其中四環素是最廣泛使用的抗生素之一，其廣泛用於動物疾病的治療，但由於畜禽的不完全吸收導致大量的四環素通過動物糞便和尿液排出體外,而大量施用含四環素的畜禽糞肥可能會導致環境中四環素的累積，並可能導致了細菌耐藥性，長期攝入人體會引起胃腸道刺激、二重感染、會形成四環素牙，會抑制嬰兒骨骼發育，會引起嚴重肝損傷或加重原有的腎損傷，會引起光敏反應和前庭反應。
光催化技術作為一種高級氧化技術,可有效地降解廢水中的有機物，具有應用範圍廣、氧化能力強、無二次汙染等優點,在處理難降解且生物毒性大的抗生素廢水方面具有廣闊的應用前景。因此，我們製備了co3o4納米線光催化劑，該催化劑可以對水中較低濃度的汙染物進行迅速的表面富集和淨化，從而加快了光催化降解的反應速度，具有較好的光催化活性。
技術實現要素：
本發明以水解法、高溫煅燒法為技術手段，製備出co3o4納米線光催化劑。
本發明是通過如下技術方案實現的：
一種co3o4納米線光催化劑，所述co3o4納米線光催化劑為一維線條狀結構；將0.1g所述co3o4納米線光催化劑用於降解100ml、20mg/l四環素，在60min內降解率達到了71%。
一種co3o4納米線光催化劑的製備方法，步驟如下：
將cocl2和尿素加入到去離子水中，恆溫磁力攪拌反應，反應完畢後，將產品收集，洗滌，烘乾，將烘乾後的樣品置於管式爐中，在空氣條件下煅燒，得到co3o4納米線。
所述的cocl2、尿素與去離子水的用量比為0.1~1g：3g：50ml。
恆溫磁力攪拌反應的溫度為95℃，時間為8h。
所述煅燒的溫度為300℃，時間為3小時，升溫速率為2°/min。
實驗通過控制改變cocl2的質量，同時保持其他參數不變，考察不同cocl2的質量對光催化活性的影響。最後，根據cocl2的用量，將所製備的樣品標記為cocl2-0.1，cocl2-0.2，cocl2-0.3，cocl2-0.4，cocl2-0.5，cocl2-0.6，cocl2-0.8，cocl2-1.0。
本發明中所用的氯化鈷、尿素、無水乙醇，均為分析純，購於國藥化學試劑有限公司。
本發明的有益效果：
本發明通過一步法成功製備了co3o4納米線，並成功將其作為光催化劑降解廢水中的四環素的目的。方法操作簡便且成本較低，是一種綠色環保的高效處理技術。
附圖說明
圖1為co3o4納米線的sem圖；
圖2為不同cocl2含量的光催化劑在含有四環素廢水中的光催化降解效果圖，co3o4-0.1，co3o4-0.2，co3o4-0.3，co3o4-0.4，co3o4-0.5，co3o4-0.6，co3o4-0.8，co3o4-1.0；
圖3為co3o4-0.5（性能最佳）光催化劑光催化降解四環素溶液的5次循環光催化效果圖。
具體實施方式
下面結合具體實施實例對本發明做進一步說明。
本發明中所製備的光催化劑的光催化活性評價：在dw-01型光化學反應儀（購自揚州大學城科技有限公司）中進行，將100ml、20mg/l四環素模擬廢水加入反應器中，然後加入製得的光催化劑0.1g，磁力攪拌30min後，開啟氙燈和曝氣裝置通入空氣保持催化劑處於懸浮或飄浮狀態，光照過程中間隔10min取樣分析，離心分離後取上層清液在分光光度計λmax=357nm處測定吸光度，並通過公式：dr=(c0-c)×100/c0算出其降解率dr，其中c0為達到吸附平衡後濃度，c為t時刻測定的四環素溶液的濃度，t為反應時間。
實施例1：
（2）co3o4納米線的製備
分別稱取cocl2（0.1g，0.2g，0.3g，0.4g，0.5g，0.6g，0.8g，1.0g）和3.0g的尿素加入到50ml的去離子水中，95°c磁力攪拌8h，反應後，將產品收集，用蒸餾水和乙醇多次洗滌，烘乾，然後將樣品放在一個瓷舟中裝入管式爐中，300°c，3h，2°/min在大氣壓力下（空氣條件）。實驗通過控制改變cocl2的質量，同時保持其他參數不變，考察不同cocl2的質量對光催化活性的影響。最後將所製備的樣品標記為cocl2-0.1，cocl2-0.2，cocl2-0.3，cocl2-0.4，cocl2-0.5，cocl2-0.6，cocl2-0.8，cocl2-1.0。
實施例2：
按實施例1製備工藝同樣步驟進行，不同的是（1）中稱取0.1g的co3o4-0.1樣品在光化學反應儀中進行光催化降解試驗，測得該光催化劑對四環素的降解率在60min內達到24%。
實施例3：
按實施例1製備工藝同樣步驟進行，不同的是（1）中稱取0.1g的co3o4-0.2樣品在光化學反應儀中進行光催化降解試驗，測得該光催化劑對四環素的降解率在60min內達到33%。
實施例4:
按實施例1製備工藝同樣步驟進行，不同的是（1）中稱取0.1g的co3o4-0.3樣品在光化學反應儀中進行光催化降解試驗，測得該光催化劑對四環素的降解率在60min內達到43%。
實施例5：
按實施例1製備工藝同樣步驟進行，不同的是（1）中稱取0.1g的co3o4-0.4樣品在光化學反應儀中進行光催化降解試驗，測得該光催化劑對四環素的降解率在60min內達到52%。
實施例6：
按實施例1製備工藝同樣步驟進行，不同的是（1）中稱取0.1g的co3o4-0.5樣品在光化學反應儀中進行光催化降解試驗，測得該光催化劑對四環素的降解率在60min內達到71%。
實施例7：
按實施例1製備工藝同樣步驟進行，不同的是（1）中稱取0.1g的co3o4-0.6樣品在光化學反應儀中進行光催化降解試驗，測得該光催化劑對四環素的降解率在60min內達到61%。
實施例8：
按實施例1製備工藝同樣步驟進行，不同的是（1）中稱取0.1g的co3o4-0.8樣品在光化學反應儀中進行光催化降解試驗，測得該光催化劑對四環素的降解率在60min內達到48%。
實施例9：
按實施例1製備工藝同樣步驟進行，不同的是（1）中稱取0.1g的co3o4-1.0樣品在光化學反應儀中進行光催化降解試驗，測得該光催化劑對四環素的降解率在60min內達到39%。
圖1是co3o4納米線的sem圖，從圖a中可以看出co3o4是一維線條狀，從圖b是co3o4放大的sem圖，從中可以看出co3o4是納米級線條狀。
從圖2中可以看出，co3o4-0.5降解四環素的活性最好，降解率達到71%。
圖3展示co3o4-0.5降解四環素溶液的5次循環實驗，co3o4-0.5光催化劑光催化降解率的變化很小，說明所製備的co3o4-0.5光催化劑具有良好的光化學穩定性。