一种Ag-TiO2修饰的改性生物质稀土尾矿光催化材料、制备方法及其应用

本发明涉及室内空气净化领域，具体而言，涉及一种ag-tio2修饰的改性生物质稀土尾矿光催化材料、制备方法及其应用。

背景技术：

1、随着人们对物质生活的要求提高，装修、车辆、饮食、服饰等相关行业快速发展，为人们的生活带来诸多便利。但经济的快速发展必然以环境污染为代价，尤其是近年来我国空气污染中的细粒子污染日益严重，而作为污染源之一的大部分vocs正是来源于建筑材料、机动车尾气排放和工业生产过程排放。

2、甲醛，作为常见大气污染物vocs中的一种，在常温下是一种带有刺激性气味的无色气体，自身作为一种化学慢性毒性物质，在中低浓度时使人体产生不同程度的不适感，超过30mg/m-3就会直接致人死亡。同时长期处于甲醛气氛中会诱发人体的各项基因发生突变，使人体细胞发生癌变。由此看来，甲醛在直接和间接方面都会对人体造成严重甚至不可逆伤害。在这种背景下，大气中的甲醛的治理研究对提高人们的生活品质与维护人们的身体健康具有重要意义。

3、目前，对甲醛的治理方法主要有四种，即物理技术、化学技术、生物技术以及多种技术耦合。其中物理技术包括吸收法、吸附法、冷凝法及膜分离法等，其原理是通过物理的方法，改变温度、压力或采用选择性吸附剂和选择性渗透膜等方法来富集和分离甲醛。化学技术包括直接燃烧法、催化燃烧法、金属催化剂法及光催化剂降解等，其原理是通过化学反应将空气中的甲醛快速转化为低毒性或无毒性物质，实现甲醛的无害化处理。生物技术包括植物法、微生物法以及酶催化等，即利用生物自身的处理甲醛的能力将甲醛分解。而多种技术耦合是通过不同方法的优势进行不同的复合以求达到处理甲醛的效果最佳的目的。

4、大气中的甲醛含量较低，近几年来在能源开采业较发达地区的甲醛最高浓度为17.40×1015molec·cm-2，对这样低浓度的甲醛，吸附和光催化氧化两种治理技术较为经济有效。而光催化氧化作为甲醛治理技术中研究的热重点，凭借其操作简单、能耗低、无二次污染等优点，在节能环保上显示出较大的优势。

5、光催化技术是以氧化还原为机理的光化学反应，而氧化还原机理主要是光催化剂受光照射，吸收光能，发生电子跃迁，生成电子-空穴对，对吸附于表面的污染物直接进行氧化还原，或氧化表面吸附的氢氧根(oh-)，生成强氧化性的氢氧自由基(oh)，将污染物氧化。

6、光催化剂种类众多，可使用范围广，如金属氧化物、过渡族金属半导体化合物、有机物光催化剂等。对于大气中的甲醛处理，由于过渡金属半导体化合物催化剂具有催化能力强、无毒、化学稳定性好、价格低等优点，是目前研究和应用最广泛的光催化剂。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种ag-tio2修饰的改性生物质稀土尾矿光催化材料，其能够用于大气净化，特别是室内空气净化，使室内空气达到大气质量优良标准要求；

2、本发明的另一目的在于提供一种ag-tio2修饰的改性生物质稀土尾矿光催化材料的制备方法，其能够以模板剂sba-15、tio2、agno3、三聚氰胺为原材料，通过热缩聚合法和浸渍法制备该改性光催化剂。

3、本发明的实施例是这样实现的：

4、一种ag-tio2修饰的改性生物质稀土尾矿光催化材料的制备方法，该催化材料的制备方法包括如下步骤：

5、生成g-c3n4载体，在去离子水中加入三聚氰胺和sba-15模板剂混合，再依次加入盐酸和无水乙醇搅拌，离心取下层沉淀，洗涤沉淀后焙烧得到g-c3n4载体；

6、生成掺杂生物质的稀土尾矿载体，将碳化生物质粉和稀土尾矿粉加水混合，使用超声分散稀土尾矿粉得到第一悬浊液，将第一悬浊液干燥造粒后焙烧，冷却得到掺杂生物质的稀土尾矿载体；

7、生成ag-tio2/g-c3n4材料，将g-c3n4载体、agno3和tio2溶于无水乙醇，超声分散得到第二悬浊液，静置、真空烘干得到ag-tio2/g-c3n4材料；

8、生成ag-tio2修饰的改性生物质稀土尾矿光催化材料，将ag-tio2/g-c3n4材料、掺杂生物质的稀土尾矿载体加入无水乙醇、去离子水中均匀混合，超声分散后得到第三悬浊液，静置、真空烘干得到灰色固体颗粒，将灰色固体颗粒升温煅烧得到ag-tio2修饰的改性生物质稀土尾矿光催化材料。

9、在本发明的较佳实施例中，上述g-c3n4载体的具体生成方法为：

10、将比例为6:1的三聚氰胺和sba-15模板剂加入至去离子水中混合均匀，得到白色悬浊液；

11、向白色悬浊液加入盐酸和微量无水乙醇，与磁力搅拌器快速搅拌5min，得到白色粘液；

12、将白色粘液离心分离固体，取下层沉淀，用无水乙醇和去离子水进行多次离心洗涤至形成半透明状的半固体；

13、将半固体置于半封闭瓷坩埚中焙烧，得到白色絮状粉末g-c3n4载体。

14、在本发明的较佳实施例中，上述掺杂生物质的稀土尾矿载体的具体生成方法包括：

15、制备碳化生物质粉，将秸秆类生物质缺氧400℃碳化后粉碎至100-150目备用；

16、将100-150目的碳化生物质粉和稀土尾矿粉按质量比1:5加水混合，其固液比为1:50-60；

17、使用30-50khz，50w/l的超声对稀土尾矿粉进行分散，形成第一悬浊液；

18、将第一悬浊液置于40℃干燥箱中干燥2h后造粒，；

19、再置于管式炉中于500-550℃焙烧2h，冷却得到掺杂生物质的稀土尾矿载体。

20、在本发明的较佳实施例中，上述秸秆类生物质包括麦秆、玉米杆。

21、在本发明的较佳实施例中，上述ag-tio2/g-c3n4材料的具体生成方法包括：

22、将g-c3n4载体溶于无水乙醇，得到g-c3n4样品；

23、将tio2/ag掺杂摩尔比为1﹕3的tio2和agno3均匀混合得到ag-tio2混合物；

24、将质量比为5:1的g-c3n4样品和ag-tio2混合物搅拌至agno3完全溶解，超声30min得到第二悬浊液；

25、密封静置第二悬浊液，将第二悬浊液置于真空烘箱内80℃真空烘干，得到ag-tio2/g-c3n4材料。

26、在本发明的较佳实施例中，上述ag-tio2修饰的改性生物质稀土尾矿光催化材料的生成方法包括：

27、将一定比例的ag-tio2、g-c3n4材料加入至体积比为4:1的无水乙醇和去离子水混合溶液中混合均匀；

28、加入掺杂生物质的稀土尾矿载体，ag-tio2/g-c3n4材料和掺杂生物质的稀土尾矿载体的质量比为1:10-20，搅拌10min；

29、超声30min得到第三悬浊液；

30、密封静置第三悬浊液24h，将第三悬浊液置于真空烘箱内80℃真空烘干，得到灰色固体颗粒；

31、将马弗炉以5℃/min的升温速度加热至500-520℃后，煅烧4h，得到ag-tio2修饰的改性生物质稀土尾矿光催化材料。

32、在本发明的较佳实施例中，上述马弗炉以5℃/min的升温速度加热至500℃。

33、在本发明的较佳实施例中，上述ag-tio2和g-c3n4材料的质量比为：1:4-5；ag-tio2/g-c3n4材料和掺杂生物质的稀土尾矿载体的质量比为1:20。

34、本发明实施例还提供一种ag-tio2修饰的改性生物质稀土尾矿光催化材料，由上述任一制备方法制备得到。

35、本发明实施例还提供一种ag-tio2修饰的改性生物质稀土尾矿光催化材料的应用，其包括ag-tio2修饰的改性生物质稀土尾矿光催化材料在大气净化中的应用。

36、本发明实施例的有益效果是：

37、通过本发明实施例获得的用于大气净化的光催化材料通过三聚氰胺掺杂sba-15模板剂制得g-c3n4载体，使得载体的模板结构较为规则，为有序的管孔状结构，表面呈波纹状，比表面积增大，且带有细微的凹槽(具体参见图g-c3n4载体的sem图和eds图谱)，其为负载agno3和tio2提供了有效场所，同时增大大气中有机物污染物与催化剂中活性组分的接触面积，增强大气中有机污染物的降解效果；

38、掺杂生物质的稀土尾矿载体，在焙烧过程会释放二氧化碳，使尾矿矿物晶型发生改变，增加了孔隙率；稀土尾矿中不含放射性元素，掺杂生物质一起成型焙烧后形成规整载体，为ag-tio2/g-c3n4材料的负载提供了场所，同时利用金属元素的活性也可通过光照射促进电子跃迁，生成电子-空穴对，对吸附于表面的污染物直接进行氧化反应，提高大气净化效率。