本发明专利技术公开了一种钒酸铋/氮掺杂碳量子点/氧化亚铜双Z型光催化剂及其制备方法和应用，该双Z型光催化剂以钒酸铋为载体，载体上修饰有氮掺杂碳量子点和氧化亚铜。其制备方法包括：制备钒酸铋前驱体溶液，并将其与氮掺杂碳量子点溶液混合进行水热反应，所得产物与一水醋酸铜、氢氧化钠、葡萄糖、水混合，搅拌，制得本发明专利技术双Z型光催化剂。本发明专利技术双Z型光催化剂具有光吸收效率高、光生电子‑空穴分离效率高、氧化还原能力强、光催化活性高等优点，其制备方法具有工艺简单、条件易控、原料简单易得、成本较低等优点。本发明专利技术双Z型光催化剂可用于将降解抗生素废水，具有应用方法简单、降解效率高、重复利用性好的优点，有着很好的实际应用前景。
【技术实现步骤摘要】
钒酸铋/氮掺杂碳量子点/氧化亚铜双Z型光催化剂及其制备方法和应用
本专利技术属于光催化
，涉及一种双Z型光催化剂及其制备方法和应用，具体涉及一种钒酸铋/氮掺杂碳量子点/氧化亚铜双Z型光催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
抗生素作为治疗致病性细菌感染的重要药物，在全世界广泛使用。水环境中的抗生素主要来自于工业废水、医院废水、制药废水和水产养殖废水的排放。抗生素是一种持久性污染物（POPs），在水环境中不断地积累并对人类健康造成严重的威胁。因此，去除水环境中的抗生素已成当务之急。钒酸铋（BiVO4）是一种具有可见光响应的光催化材料，因其具有合适的带隙、相对较高的光稳定性、独特的晶体结构和绿色无毒等特性，被广泛地应用光催化领域，如光催化水裂解、选择性光有机合成以及空气或水中有机污染物的净化等方面。然而，钒酸铋存在吸光效率低、光生载流子分离能力较弱、光催化活性差等缺点，不利于光催化剂的光能转化、高效降解水中污染物和循环利用，从而限制了此材料的应用。构造异质结是改善钒酸铋光催化性能的主要途径，常见的异质结有p-n型异质结和Z型异质结。Z型异质结较p-n型异质结性能更优，因为Z型机制半导体可以保留较强氧化性价带和强还原性的导带以获得较高的氧化还原性能。此外，由于Z型机制半导体的构建，光生电子-空穴分离速率得到了极大的提高，但是二元Z型光催化材料仍存在光吸收效率低和光催化效率低等缺点。因此，如何全面改善基于钒酸铋的二元Z型光催化材料存在的光吸收效率低、光催化活性低等问题，是本领域亟需解决的技术难题，而获得一种光吸收效率高、光生电子-空穴分离效率高、氧化还原能力强、光催化活性高的钒酸铋/氮掺杂碳量子点/氧化亚铜双Z型光催化剂，对于高效降解废水中的污染物质（如抗生素）具有重要的意义。
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，提供一种光吸收效率高、光生电子-空穴分离效率高、氧化还原能力强、光催化活性高的钒酸铋/氮掺杂碳量子点/氧化亚铜双Z型光催化剂及其制备方法和应用。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种钒酸铋/氮掺杂碳量子点/氧化亚铜双Z型光催化剂，所述钒酸铋/氮掺杂碳量子点/氧化亚铜双Z型光催化剂是以钒酸铋为载体，所述钒酸铋上修饰有氮掺杂碳量子点和氧化亚铜。上述的钒酸铋/氮掺杂碳量子点/氧化亚铜双Z型光催化剂，进一步改进的，所述氮掺杂碳量子点的质量分数为0.08%～0.62%；所述氧化亚铜的质量分数为5%～20%。上述的钒酸铋/氮掺杂碳量子点/氧化亚铜双Z型光催化剂，进一步改进的，所述钒酸铋为板状结构；所述氧化亚铜为球状结构；所述氮掺杂碳量子点的直径＜10nm。作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了一种上述的钒酸铋/氮掺杂碳量子点/氧化亚铜双Z型光催化剂的制备方法，包括以下步骤：S1、将硝酸铋、偏钒酸铵与水混合，搅拌，得到钒酸铋前驱体溶液；S2、将步骤S1中得到的钒酸铋前驱体溶液与氮掺杂碳量子点溶液混合，超声，搅拌，得到混合溶液；S3、将步骤S2中得到的混合溶液进行水热反应，得到氮掺杂碳量子点修饰钒酸铋材料；S4、将步骤S3中得到的氮掺杂碳量子点修饰钒酸铋材料、一水醋酸铜、氢氧化钠和葡萄糖在水中混合，搅拌，得到钒酸铋/氮掺杂碳量子点/氧化亚铜双Z型光催化剂。上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S2中，所述氮掺杂碳量子点溶液的制备包括以下步骤：（1）将柠檬酸铵、乙二胺与水混合，搅拌，得到氮掺杂碳量子点前驱体溶液；（2）将步骤（1）中得到的氮掺杂碳量子点前驱体溶液在180℃～200℃下反应，透析，得到氮掺杂碳量子点溶液。上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤（1）中，所述柠檬酸铵、乙二胺和水的比例为5mmol～10mmol∶335μL～670μL∶10mL～20mL；所述搅拌的转速为200rpm～400rpm；所述搅拌的时间为0.5h～1h。上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤（2）中，所述反应的时间为4h～6h；所述透析的时间为20h～30h。上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S1中，所述硝酸铋与偏钒酸铵的摩尔比为1∶1；所述搅拌的转速为200rpm～400rpm；所述搅拌的时间为0.5h～1h。上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S2中，所述超声的时间为0.5h～1h；所述搅拌的转速为200rpm～400rpm；所述搅拌的时间为0.5h～1h；所述混合溶液的pH值为7。上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S3中，所述水热反应的温度为160℃～200℃；所述水热反应的时间为10h～14h。上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S4中，所述氮掺杂碳量子点修饰钒酸铋材料、一水醋酸铜、氢氧化钠、葡萄糖的质量比为1∶0.1379～0.5514∶0.0276～0.1104∶1.4929～5.9716；所述搅拌在温度为40℃下进行；所述搅拌的转速为200rpm～400rpm；所述搅拌的时间为2h～4h。作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了一种上述的钒酸铋/氮掺杂碳量子点/氧化亚铜双Z型光催化剂在降解抗生素废水中的应用。上述的应用，进一步改进的，包括以下步骤：将钒酸铋/氮掺杂碳量子点/氧化亚铜双Z型光催化剂与抗生素废水混合，在光照条件下进行光催化反应，完成对抗生素废水的降解；所述钒酸铋/氮掺杂碳量子点/氧化亚铜双Z型光催化剂的添加量为每升抗生素废水中添加钒酸铋/氮掺杂碳量子点/氧化亚铜双Z型光催化剂0.2g～0.6g。上述的应用，进一步改进的，所述抗生素废水为四环素废水；所述四环素废水中四环素的浓度为10mg/L～40mg/L；所述光催化反应的时间为60min～90min。本专利技术的创新点在于：针对钒酸铋存在吸光效率低、光生载流子分离能力较弱、光催化活性差、氧化还原性能差等问题，以及基于钒酸铋的二元Z型光催化材料存在的光吸收效率低、光催化活性低等问题，本专利技术创造性地将氧化亚铜、氮掺杂碳量子点修饰于钒酸铋表面，构建了钒酸铋/氮掺杂碳量子点/氧化亚铜双Z型光催化剂，其中氧化亚铜与钒酸铋之间通过氮掺杂碳量子点为媒介构成双Z型电子空穴传导机制进行光生电荷的迁移。一方面，由于氮掺杂碳量子点具有极强的电子捕获能力，另一方面氮掺杂碳量子点在可见光照射下容易被激发，产生空穴电子对，光生电子由钒酸铋的导带传导到价带后迅速被氮掺杂碳量子点捕获，再传导至氮掺杂碳量子点导带，形成Z型结构。同时，氮掺杂碳量子点导带上的电子与氧化亚铜价带上空穴复合，激发后穿导致氧化亚铜导带，形成另一Z型结构，由此，整体形成了独特的双Z型异质结。本专利技术中，双Z型异质结极大的提高了钒酸铋/氮掺杂碳量子点/氧化亚铜双Z型光催化剂的光生电子-空穴分离效率和氧化还原能力。此外，由于氧化亚铜对作用光的折射作用和氮掺杂碳量子点起到光敏剂作用，钒酸铋/氮掺杂碳量子点/氧化亚铜双Z型光催化剂的吸光性能也得到改善。即本专利技术中的活性自由基包括：空穴、超氧自由基、羟基自由基，它们都能对污染物起到氧化降解的作用，进一步提升了钒酸铋/氮掺杂碳量子点/氧化亚铜双Z型光催化剂的氧化还原能力和光催化性能。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：（1）本专利技术提供了一种钒酸铋/氮掺杂碳量子点/氧化亚铜双Z型光催化剂，以钒酸铋为载体，钒酸铋上修饰有氮掺杂碳量子点和氧化亚铜本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种钒酸铋/氮掺杂碳量子点/氧化亚铜双Z型光催化剂，其特征在于，所述钒酸铋/氮掺杂碳量子点/氧化亚铜双Z型光催化剂是以钒酸铋为载体，所述钒酸铋上修饰有氮掺杂碳量子点和氧化亚铜。
【技术特征摘要】
1.一种钒酸铋/氮掺杂碳量子点/氧化亚铜双Z型光催化剂，其特征在于，所述钒酸铋/氮掺杂碳量子点/氧化亚铜双Z型光催化剂是以钒酸铋为载体，所述钒酸铋上修饰有氮掺杂碳量子点和氧化亚铜。2.根据权利要求1所述的钒酸铋/氮掺杂碳量子点/氧化亚铜双Z型光催化剂，其特征在于，所述氮掺杂碳量子点的质量分数为0.08%～0.62%；所述氧化亚铜的质量分数为5%～20%。3.根据权利要求1或2所述的钒酸铋/氮掺杂碳量子点/氧化亚铜双Z型光催化剂，其特征在于，所述钒酸铋为板状结构；所述氧化亚铜为球状结构；所述氮掺杂碳量子点的直径＜10nm。4.一种如权利要求1～3中任一项所述的钒酸铋/氮掺杂碳量子点/氧化亚铜双Z型光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将硝酸铋、偏钒酸铵与水混合，搅拌，得到钒酸铋前驱体溶液；S2、将步骤S1中得到的钒酸铋前驱体溶液与氮掺杂碳量子点溶液混合，超声，搅拌，得到混合溶液；S3、将步骤S2中得到的混合溶液进行水热反应，得到氮掺杂碳量子点修饰钒酸铋材料；S4、将步骤S3中得到的氮掺杂碳量子点修饰钒酸铋材料、一水醋酸铜、氢氧化钠和葡萄糖在水中混合，搅拌，得到钒酸铋/氮掺杂碳量子点/氧化亚铜双Z型光催化剂。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述氮掺杂碳量子点溶液的制备包括以下步骤：（1）将柠檬酸铵、乙二胺与水混合，搅拌，得到氮掺杂碳量子点前驱体溶液；（2）将步骤（1）中得到的氮掺杂碳量子点前驱体溶液在180℃～200℃下反应，透析，得到氮掺杂碳量子点溶液。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，所述柠檬酸铵、乙二胺和水的比例为5mmol～10mmol∶335μL～670μL∶10mL～2...
【专利技术属性】
技术研发人员：袁兴中，张进，蒋龙波，于瀚博，夏琦，曾光明，
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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