一种Co3O4纳米线光催化剂及其制备方法与流程

本发明涉及以cocl2为钴源制备co3o4纳米线光催化剂，并将所制备得到的光催化剂用于光催化降解有机染污物的研究，属于环境材料制备技术领域。

背景技术：

随着人类健康及生活质量的大幅提高，药品及个人护理品的广泛使用，其生产和使用对环境的负担较大。这类化学物质具有环境效应、遗传毒性效应和生理生态毒性，抗生素就是其中代表性化合物。抗生素是一类控制感染性疾病和预防、治疗动植物病虫害的药物，其不合理使用导致大量的残留物进入环境，对生态环境及人体健康带来了严重危害。同时其成分复杂，难于处理。其中四环素是最广泛使用的抗生素之一，其广泛用于动物疾病的治疗，但由于畜禽的不完全吸收导致大量的四环素通过动物粪便和尿液排出体外,而大量施用含四环素的畜禽粪肥可能会导致环境中四环素的累积，并可能导致了细菌耐药性，长期摄入人体会引起胃肠道刺激、二重感染、会形成四环素牙，会抑制婴儿骨骼发育，会引起严重肝损伤或加重原有的肾损伤，会引起光敏反应和前庭反应。

光催化技术作为一种高级氧化技术,可有效地降解废水中的有机物，具有应用范围广、氧化能力强、无二次污染等优点,在处理难降解且生物毒性大的抗生素废水方面具有广阔的应用前景。因此，我们制备了co3o4纳米线光催化剂，该催化剂可以对水中较低浓度的污染物进行迅速的表面富集和净化，从而加快了光催化降解的反应速度，具有较好的光催化活性。

技术实现要素：

本发明以水解法、高温煅烧法为技术手段，制备出co3o4纳米线光催化剂。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种co3o4纳米线光催化剂，所述co3o4纳米线光催化剂为一维线条状结构；将0.1g所述co3o4纳米线光催化剂用于降解100ml、20mg/l四环素，在60min内降解率达到了71%。

一种co3o4纳米线光催化剂的制备方法，步骤如下：

将cocl2和尿素加入到去离子水中，恒温磁力搅拌反应，反应完毕后，将产品收集，洗涤，烘干，将烘干后的样品置于管式炉中，在空气条件下煅烧，得到co3o4纳米线。

所述的cocl2、尿素与去离子水的用量比为0.1~1g：3g：50ml。

恒温磁力搅拌反应的温度为95℃，时间为8h。

所述煅烧的温度为300℃，时间为3小时，升温速率为2°/min。

实验通过控制改变cocl2的质量，同时保持其他参数不变，考察不同cocl2的质量对光催化活性的影响。最后，根据cocl2的用量，将所制备的样品标记为cocl2-0.1，cocl2-0.2，cocl2-0.3，cocl2-0.4，cocl2-0.5，cocl2-0.6，cocl2-0.8，cocl2-1.0。

本发明中所用的氯化钴、尿素、无水乙醇，均为分析纯，购于国药化学试剂有限公司。

本发明的有益效果：

本发明通过一步法成功制备了co3o4纳米线，并成功将其作为光催化剂降解废水中的四环素的目的。方法操作简便且成本较低，是一种绿色环保的高效处理技术。

附图说明

图1为co3o4纳米线的sem图；

图2为不同cocl2含量的光催化剂在含有四环素废水中的光催化降解效果图，co3o4-0.1，co3o4-0.2，co3o4-0.3，co3o4-0.4，co3o4-0.5，co3o4-0.6，co3o4-0.8，co3o4-1.0；

图3为co3o4-0.5（性能最佳）光催化剂光催化降解四环素溶液的5次循环光催化效果图。

具体实施方式

下面结合具体实施实例对本发明做进一步说明。

本发明中所制备的光催化剂的光催化活性评价：在dw-01型光化学反应仪（购自扬州大学城科技有限公司）中进行，将100ml、20mg/l四环素模拟废水加入反应器中，然后加入制得的光催化剂0.1g，磁力搅拌30min后，开启氙灯和曝气装置通入空气保持催化剂处于悬浮或飘浮状态，光照过程中间隔10min取样分析，离心分离后取上层清液在分光光度计λmax=357nm处测定吸光度，并通过公式：dr=(c0-c)×100/c0算出其降解率dr，其中c0为达到吸附平衡后浓度，c为t时刻测定的四环素溶液的浓度，t为反应时间。

实施例1：

（2）co3o4纳米线的制备

分别称取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的去离子水中，95°c磁力搅拌8h，反应后，将产品收集，用蒸馏水和乙醇多次洗涤，烘干，然后将样品放在一个瓷舟中装入管式炉中，300°c，3h，2°/min在大气压力下（空气条件）。实验通过控制改变cocl2的质量，同时保持其他参数不变，考察不同cocl2的质量对光催化活性的影响。最后将所制备的样品标记为cocl2-0.1，cocl2-0.2，cocl2-0.3，cocl2-0.4，cocl2-0.5，cocl2-0.6，cocl2-0.8，cocl2-1.0。

实施例2：

按实施例1制备工艺同样步骤进行，不同的是（1）中称取0.1g的co3o4-0.1样品在光化学反应仪中进行光催化降解试验，测得该光催化剂对四环素的降解率在60min内达到24%。

实施例3：

按实施例1制备工艺同样步骤进行，不同的是（1）中称取0.1g的co3o4-0.2样品在光化学反应仪中进行光催化降解试验，测得该光催化剂对四环素的降解率在60min内达到33%。

实施例4:

按实施例1制备工艺同样步骤进行，不同的是（1）中称取0.1g的co3o4-0.3样品在光化学反应仪中进行光催化降解试验，测得该光催化剂对四环素的降解率在60min内达到43%。

实施例5：

按实施例1制备工艺同样步骤进行，不同的是（1）中称取0.1g的co3o4-0.4样品在光化学反应仪中进行光催化降解试验，测得该光催化剂对四环素的降解率在60min内达到52%。

实施例6：

按实施例1制备工艺同样步骤进行，不同的是（1）中称取0.1g的co3o4-0.5样品在光化学反应仪中进行光催化降解试验，测得该光催化剂对四环素的降解率在60min内达到71%。

实施例7：

按实施例1制备工艺同样步骤进行，不同的是（1）中称取0.1g的co3o4-0.6样品在光化学反应仪中进行光催化降解试验，测得该光催化剂对四环素的降解率在60min内达到61%。

实施例8：

按实施例1制备工艺同样步骤进行，不同的是（1）中称取0.1g的co3o4-0.8样品在光化学反应仪中进行光催化降解试验，测得该光催化剂对四环素的降解率在60min内达到48%。

实施例9：

按实施例1制备工艺同样步骤进行，不同的是（1）中称取0.1g的co3o4-1.0样品在光化学反应仪中进行光催化降解试验，测得该光催化剂对四环素的降解率在60min内达到39%。

图1是co3o4纳米线的sem图，从图a中可以看出co3o4是一维线条状，从图b是co3o4放大的sem图，从中可以看出co3o4是纳米级线条状。

从图2中可以看出，co3o4-0.5降解四环素的活性最好，降解率达到71%。

图3展示co3o4-0.5降解四环素溶液的5次循环实验，co3o4-0.5光催化剂光催化降解率的变化很小，说明所制备的co3o4-0.5光催化剂具有良好的光化学稳定性。