一种可同时吸附和检测三价铬离子并具有光催化活性的纳米功能材料的制备方法与流程

本发明涉及制备一种可同时吸附和检测cr³⁺并具有光催化活性的纳米功能材料，属于废水处理剂领域。

背景技术：

cr³⁺是人体中的一种重要金属元素，在核酸、磷脂、蛋白、维生素b12等重要物质的代谢过程中发挥重要作用[j.hazard.mater.,2017,336:174–187]。同时cr³⁺也被广泛地应用于制革、油漆、颜料、杀菌剂、陶瓷、玻璃等现代工业，每年有大量的含cr³⁺被排放进入环境[j.cent.southuniv.,2013,20:1319−1325]。一般认为cr³⁺的毒性远低于cr⁶⁺，过去一直认为它不会造成环境危害。但近年来的研究显示，cr³⁺同样具有严重的毒性，在其过量时，可导致诸多严重的健康问题，比如甲状腺损害、呼吸减慢、肺功能降低[j.hazard.mater.,2017,336:174–187]、皮肤过敏、甚至癌症[cellulosechem.technol.,2015,49(9-10),775-782]。而且，如果容忍环境中保留过量的cr³⁺，也很容易被氧化成毒性更大的cr⁶⁺。cr³⁺对环境的危害越来越得到重视，在2017年10月27日世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌物清单中，cr³⁺被列为3类致癌物质[http://www.sda.gov.cn/ws01/cl1991/215896.html]。废水中cr³⁺的最高允许量为5mg/l，但目前很多水体都达不到这一标准[j.cent.southuniv.,2013,20:1319−1325]。

由于以前主要是关注cr⁶⁺的危害，所以目前针对cr³⁺的检测和去除技术相对比较少。吸附法是处理环境污染物的一种重要方法，以其运行管理方便、成本低廉等优点，已成为环境工程中广泛采用的方法，因此是处理cr³⁺的有效方法之一。但是吸附剂吸附饱和以后，如果不能妥善地处理，很可能成为一种新的污染物。

基于以上技术背景，本技术发明了一种新型的cr³⁺吸附材料，该材料可有效地吸附去除cr³⁺，并且吸附cr³⁺后材料会从原来的淡黄色转变为明显的绿色，而且所吸附cr³⁺的浓度与其色度成正比。所以该材料不但可以吸附去除cr³⁺，而且可以定量和定性地检测cr³⁺。更有意思的是，该材料吸附了cr³⁺以后，可以作为光催化剂继续使用，具有很好的可见光激发的光催化活性，从而解决了使用过的吸附剂的利用问题。相关技术方法未见报道。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种可同时吸附和检测三价铬离子并具有光催化活性的纳米功能材料的制备方法。

本发明采用如下手段：一种可同时吸附和检测三价铬离子并具有光催化活性的纳米功能材料的制备方法；其特征在于方法步骤如下：

（1）将邻菲啰啉用乙醇溶解，搅拌待其完全溶解后再加入钛酸正丁酯。邻菲啰啉与钛酸正丁酯的摩尔比为0.5:1至0.1:1；

（2）将邻菲啰啉和钛酸丁酯的混和液充分搅拌后，转移到反应釜进行溶剂热反应；反应温度为160-180℃，反应时间为20-28h；

（3）将反应结束后的固体通过离心分离、干燥，得到产品；

所得产品对cr³⁺有很好的显色吸附性能，并且吸附cr³⁺后产品能在可见光激发下降解甲基橙。

所得产品既可对重金属离子cr³⁺定性定量检测，又可以吸附去除cr³⁺，并且吸附cr³⁺以后，材料还可作为光催化剂使用。

本发明的优点在于：1.制备的吸附材料对cr³⁺具有很好的吸附容量；2.材料吸附cr³⁺后会发生明显的变色，并且色度与所吸附的cr³⁺的浓度呈正比；3.材料吸附cr³⁺具有可见光催化活性，可作为光催化剂使用；4.材料制备方法简单，成本低廉，有大规模推广应用的潜力。

附图说明

图1为本发明实施例1产品的扫描电镜图；

图2为本发明实施例1产品及其吸附不同浓度cr³⁺的xrd谱图；

图3为本发明实施例1产品及其吸附cr³⁺，以及纯邻菲啰啉的红外谱图；

图4为本发明实施例1产品对cr³⁺的吸附动力学曲线；

图5为本发明实施例1产品吸附不同浓度cr³⁺后的固体可见漫反射谱图；

图6为本发明实施例1产品吸附cr³⁺饱和后在可见光下降解甲基橙的曲线。

具体实施方式

实施例1

先将20ml无水乙醇加入到一个洁净的烧杯中，然后加入0.2959g邻菲啰啉，搅拌待其溶解后再加入3ml钛酸四丁酯，搅拌1h后把混合溶液转移到反应釜中，180℃水热24h，最后离心干燥即可得到样品。

在一个洁净烧杯中加入上述产品，然后加入100mg/lcr³⁺溶液，吸附平衡后把材料离心干燥即可得到吸附了cr³⁺的产品。将吸附了cr³⁺的产品在可见光下用于降解甲基橙溶液。

实施例2

先将20ml无水乙醇加入到一个洁净的烧杯中，然后加入0.1741g邻菲啰啉，搅拌待其溶解后再加入3ml钛酸四丁酯，搅拌10min后加入50ml去离子水，搅拌1h后把混合溶液转移到反应釜中，180℃水热24h，最后离心干燥（80℃）即可得到样品。

在一个洁净烧杯中加入上述产品，然后加入50mg/lcr³⁺溶液，吸附平衡后把材料离心干燥即可得到吸附了cr³⁺的产品。将吸附了cr³⁺的产品在可见光下用于降解甲基橙溶液。

实施例3

先将20ml无水乙醇加入到一个洁净的烧杯中，然后加入0.1741g邻菲啰啉，搅拌待其溶解后再加入3ml钛酸四丁酯，搅拌10min后加入50ml去离子水，搅拌1h后把混合溶液转移到反应釜中，160℃水热24h，最后离心干燥（80℃）即可得到样品。

在一个洁净烧杯中加入上述产品，然后加入50mg/lcr³⁺溶液，吸附平衡后把材料离心干燥即可得到吸附了cr³⁺的产品。将吸附了cr³⁺的产品在可见光下用于降解甲基橙溶液。

实施例4

先将20ml无水乙醇加入到一个洁净的烧杯中，然后加入0.1741g邻菲啰啉，搅拌待其溶解后再加入3ml钛酸四丁酯，搅拌10min后加入50ml去离子水，搅拌1h后把混合溶液转移到反应釜中，160℃水热28h，最后离心干燥（80℃）即可得到样品。

在一个洁净烧杯中加入上述产品，然后加入50mg/lcr³⁺溶液，吸附平衡后把材料离心干燥即可得到吸附了cr³⁺的产品。将吸附了cr³⁺的产品在可见光下用于降解甲基橙溶液。