本发明专利技术公开了一种利用氮化碳/氮掺中空介孔碳/三氧化二铋三元Z型光催化剂催化去除抗生素的方法，该方法采用氮化碳/氮掺中空介孔碳/三氧化二铋三元Z型光催化剂对抗生素进行处理，其中氮化碳/氮掺中空介孔碳/三氧化二铋三元Z型光催化剂是以石墨相氮化碳为载体，其表面修饰有氮掺中空介孔碳和三氧化二铋。本发明专利技术方法通过利用氮化碳/氮掺中空介孔碳/三氧化二铋三元Z型光催化剂对抗生素进行光催化降解，能够有效去除不同类型的抗生素，具有去除率高、去除快、易于实施、安全性高、低成本、无二次污染等优点，特别地能够实现对水体中抗生素的高效去除，有着很好的实际运用前景。
【技术实现步骤摘要】
利用氮化碳/氮掺中空介孔碳/三氧化二铋三元Z型光催化剂催化去除抗生素的方法
本专利技术属于污水处理
，涉及一种利用氮化碳/氮掺中空介孔碳/三氧化二铋三元Z型光催化剂催化去除抗生素的方法，具体涉及一种利用氮化碳/氮掺中空介孔碳/三氧化二铋三元Z型光催化剂催化去除水体中抗生素的方法。
技术介绍
抗生素是由微生物（包括细菌、真菌、放线菌属）或高等动植物在生活过程中所产生的具有抗病原体或其它活性的一类次级代谢产物，能干扰其他生活细胞发育功能及发挥作用的化学物质。近几十年来，由于抗生素广泛运用于医药、畜牧和水产养殖等，过量和不完全代谢使得抗生素经常在天然水、污水、土壤等环境介质中被检测出来，这些未被代谢掉的抗生素很可能会影响生物细胞的发展，生态系统的循环并且会促进耐药病原菌的繁殖，从而对生态环境和人类健康带来不利影响。在过去的研究中，许多方法被用于去除抗生素污染物，包括过滤、吸附、高级氧化、生物降解、光催化降解等，其中过滤和吸附法只是将污染物从一个相转移至里一个相，并不能将其矿化成二氧化碳和水；高级氧化法虽然去除效果好，但是会带来二次污染，且成本高；生物法虽然成本低，但是所需时间长，去除效果受多重因素干扰。在这些方法中，光催化降解可以被看作是一种有效和环境友好的方法。然而，在以往的研究中，光催化降解所用光催化剂仍存在以下问题：光利用效率低、光生电子-空穴复合快、光催化性能差、稳定性差(容易沉淀)等，由于光催化剂本身仍存在大量缺陷从而极大限制了光催化降解的广泛运用。因此，如何全面改善现有光催化降解技术中存在的问题和缺陷，获得一种吸光能力强、光生电子-空穴复合率低、光催化性能好的光催化材料以实现对抗生素的快速、高效处理，这对于扩大光催化降解技术在处理抗生素中的应用范围具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种去除率高、去除快、简单有效、易于实施、安全性高、低成本、无二次污染的利用氮化碳/氮掺中空介孔碳/三氧化二铋三元Z型光催化剂催化去除抗生素的方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种利用氮化碳/氮掺中空介孔碳/三氧化二铋三元Z型光催化剂催化去除抗生素的方法，所述方法采用氮化碳/氮掺中空介孔碳/三氧化二铋三元Z型光催化剂对抗生素进行处理；所述氮化碳/氮掺中空介孔碳/三氧化二铋三元Z型光催化剂是以石墨相氮化碳为载体，所述石墨相氮化碳表面修饰有氮掺中空介孔碳和三氧化二铋。上述的方法，进一步改进的，所述氮化碳/氮掺中空介孔碳/三氧化二铋三元Z型光催化剂中石墨相氮化碳的质量百分含量为85%～91%，氮掺中空介孔碳的质量百分含量为2%～5%，三氧化二铋的质量百分含量为7%～11%。上述的方法，进一步改进的，所述氮化碳/氮掺中空介孔碳/三氧化二铋三元Z型光催化剂的制备方法包括以下步骤：S1、将三聚氰胺、五水硝酸铋与氮掺中空介孔碳超声分散于乙醇中，加热使乙醇完全挥发，得到光催化剂前驱体混合物；S2、将步骤S1中得到的光催化剂前驱体混合物进行煅烧，得到氮化碳/氮掺中空介孔碳/三氧化二铋三元Z型光催化剂。上述的方法，进一步改进的，所述步骤S1中，所述氮掺中空介孔碳的制备方法包括以下步骤：（1）将正硅酸丙酯加入到乙醇/水混合液中，加入氨水，搅拌，得到乳状混合液；（2）将间苯二酚、甲醛和三聚氰胺同时加入到步骤（1）中得到的乳状混合液中，搅拌，离心，清洗，干燥，碾碎，得到氮掺中空介孔碳前驱体；（3）将步骤（2）中得到的氮掺中空介孔碳前驱体进行碳化，脱硅，过滤，清洗，干燥，得到氮掺中空介孔碳。上述的方法，进一步改进的，所述步骤（1）中，所述正硅酸丙酯、乙醇/水混合液和氨水的体积比为17.3～34.6∶800∶20～30；所述乙醇/水混合液中乙醇和水的体积比为3∶1～7∶1；所述搅拌的时间为10min～20min。上述的方法，进一步改进的，所述步骤（2）中，所述间苯二酚、甲醛和三聚氰胺的比例为2.2g～4.4g∶2.8mL～5.6mL∶1.52g～3.04g；所述搅拌的时间为20h～30h；所述离心在转速为6000rpm～8000rpm下进行；所述清洗采用的是乙醇-水混合液；所述乙醇-水混合液中乙醇和水的体积比为1∶2～1∶3；所述干燥在温度为80℃～100℃下进行。上述的方法，进一步改进的，所述步骤（3）中，所述碳化在氮气气氛下进行；所述碳化过程中控制氮气的流速为200mL/min～400mL/min；所述碳化过程中控制升温速率为5℃/min～10℃/min；所述碳化的温度为600℃～800℃；所述碳化的时间为4h～5h；所述脱硅采用的是质量分数为10%～20%的氢氟酸溶液；所述脱硅在温度为40℃～60℃下进行；所述脱硅的时间为20h～24h；所述清洗为将过滤所得固体产物清洗至pH值为6.8～7.2；所述干燥在温度为80℃～100℃下进行。上述的方法，进一步改进的，所述步骤S1中，所述三聚氰胺与氮掺中空介孔碳的质量比为45∶1～90∶1；所述三聚氰胺与五水硝酸铋的质量比9∶1～18∶1；所述五水硝酸铋与氮掺中空介孔碳的质量比为5∶1～10∶1；所述超声分散的时间为1h～2h。上述的方法，进一步改进的，所述步骤S2中，所述煅烧在氮气气氛下进行；所述煅烧过程中控制氮气的流速为200mL/min～400mL/min；所述煅烧过程中控制升温速率为2.3℃/min～2.5℃/min；所述煅烧的温度为530℃～550℃；所述煅烧的时间为4h～5h。上述的方法，进一步改进的，所述步骤S2中，还包括对煅烧后得到的产物进行研磨；所述研磨的时间为15min～30min。上述的方法，进一步改进的，利用氮化碳/氮掺中空介孔碳/三氧化二铋三元Z型光催化剂催化去除水体中的抗生素，包括以下步骤：将氮化碳/氮掺中空介孔碳/三氧化二铋三元Z型光催化剂与含抗生素的水溶液混合，在黑暗条件下搅拌，达到吸附平衡后进行光催化反应，完成对抗生素的处理。上述的方法，进一步改进的，所述氮化碳/氮掺中空介孔碳/三氧化二铋三元Z型光催化剂与含抗生素的水溶液的比例为0.5g～1g∶1L。上述的方法，进一步改进的，所述含抗生素的水溶液中抗生素为盐酸四环素和/或盐酸环丙沙星；所述含抗生素的水溶液中抗生素的浓度为10mg/L～20mg/L。上述的方法，进一步改进的，所述搅拌的转速为500rpm～800rpm；所述搅拌的时间为30min～60min；所述光催化反应在氙灯照射下进行；所述氙灯的光功率为45W～50W；所述光催化反应的温度为25℃～35℃；所述光催化反应的时间为60min～120min。本专利技术的创新点在于：针对现有光催化剂存在的以下问题：比表面积小、光吸收性能差、光生电子-空穴分离速率慢且易复合、光催化性能弱等，本专利技术创造性地将氮掺中空介孔碳（N-HMCs）和三氧化二铋（Bi2O3）修饰于石墨相氮化碳（g-C3N4）表面，从而构建了一种三元Z型光催化剂，显著提升了g-C3N4的吸光能力、光催化性能。一方面，N-HMCs和Bi2O3的引入使得三者间形成了Z型异质结结构，其中N-HMCs可以在g-C3N4与Bi2O3间起到很好的电子传递作用，处于Bi2O3导带的电子能通过N-HMCs快速地传递到g-C3N4的价带，改变了电子的传递路本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种利用氮化碳/氮掺中空介孔碳/三氧化二铋三元Z型光催化剂催化去除抗生素的方法，其特征在于，所述方法采用氮化碳/氮掺中空介孔碳/三氧化二铋三元Z型光催化剂对抗生素进行处理；所述氮化碳/氮掺中空介孔碳/三氧化二铋三元Z型光催化剂是以石墨相氮化碳为载体，所述石墨相氮化碳表面修饰有氮掺中空介孔碳和三氧化二铋。
【技术特征摘要】
1.一种利用氮化碳/氮掺中空介孔碳/三氧化二铋三元Z型光催化剂催化去除抗生素的方法，其特征在于，所述方法采用氮化碳/氮掺中空介孔碳/三氧化二铋三元Z型光催化剂对抗生素进行处理；所述氮化碳/氮掺中空介孔碳/三氧化二铋三元Z型光催化剂是以石墨相氮化碳为载体，所述石墨相氮化碳表面修饰有氮掺中空介孔碳和三氧化二铋。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氮化碳/氮掺中空介孔碳/三氧化二铋三元Z型光催化剂中石墨相氮化碳的质量百分含量为85%～91%，氮掺中空介孔碳的质量百分含量为2%～5%，三氧化二铋的质量百分含量为7%～11%。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氮化碳/氮掺中空介孔碳/三氧化二铋三元Z型光催化剂的制备方法包括以下步骤：S1、将三聚氰胺、五水硝酸铋与氮掺中空介孔碳超声分散于乙醇中，加热使乙醇完全挥发，得到光催化剂前驱体混合物；S2、将步骤S1中得到的光催化剂前驱体混合物进行煅烧，得到氮化碳/氮掺中空介孔碳/三氧化二铋三元Z型光催化剂。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述氮掺中空介孔碳的制备方法包括以下步骤：（1）将正硅酸丙酯加入到乙醇/水混合液中，加入氨水，搅拌，得到乳状混合液；（2）将间苯二酚、甲醛和三聚氰胺同时加入到步骤（1）中得到的乳状混合液中，搅拌，离心，清洗，干燥，碾碎，得到氮掺中空介孔碳前驱体；（3）将步骤（2）中得到的氮掺中空介孔碳前驱体进行碳化，脱硅，过滤，清洗，干燥，得到氮掺中空介孔碳。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤（1）中，所述正硅酸丙酯、乙醇/水混合液和氨水的体积比为17.3～34.6∶800∶20～30；所述乙醇/水混合液中乙醇和水的体积比为3∶1～7∶1；所述搅拌的时间为10min～20min；所述步骤（2）中，所述间苯二酚、甲醛和三聚氰胺的比例为2.2g～4.4g∶2.8mL～5.6mL∶1.52g～3.04g；所述搅拌的时间为20h～30h；所述离心在转速为6000rpm～8000rpm下进行；所述清洗采用的是乙醇-水混合液；所述乙醇-水混合液中乙醇和水的体积比为1∶2～1∶3；所述干燥在温度为80℃～100℃下进行；所述步骤（3）中，所述碳化在氮气气氛下进...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘智峰，邵彬彬，曾光明，刘洋，蒋艺林，刘玉杰，张魏，何清云，唐旺旺，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43
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