碳量子点修饰的单层钨酸铋纳米片复合光催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种碳量子点修饰的单层钨酸铋纳米片复合光催化剂及其制备方法和应用，该复合光催化剂包括单层钨酸铋纳米片和碳量子点，单层钨酸铋纳米片上修饰有碳量子点，碳量子点与单层钨酸铋纳米片的质量比为0.03～0.05∶1。该复合光催化剂由碳量子点、十六烷基三甲基溴化铵、硝酸铋溶液和钨酸钠溶液混合，经水热反应后制得。本发明专利技术的复合光催化剂具有可见光响应范围宽、降解效率高、光催化稳定性好、重复利用性能好等优点，其制备方法具有操作简便、原料成本低、耗能少、可实现规模化制备等优点，属于绿色合成技术。本发明专利技术的复合光催化剂可用于处理抗生素废水，具有降解效率高、光催化性能稳定性好、重复利用性能好等优点。

Carbon quantum dots modified single layer bismuth tungstate nano composite photocatalyst and preparation method and application thereof

The invention discloses a carbon quantum dot modified single-layer bismuth tungstate nano film photocatalyst and its preparation method and the application of the composite photocatalysts including single bismuth tungstate nano sheet and carbon quantum dots, single-layer bismuth tungstate nanosheets modified with carbon carbon quantum dots, quantum dots and single layer quality of bismuth tungstate nano film the ratio of 0.03 to 0.05: 1. The composite photocatalyst is composed of carbon quantum dots, sixteen alkyl three methyl bromide, bismuth nitrate solution and sodium tungstate solution, and is prepared by hydrothermal reaction. The composite photocatalyst of the invention has a visible light response range, high efficiency, the photocatalytic degradation of good stability, repeated use of these advantages, the preparation method has the advantages of simple operation, low cost of raw materials, less energy consumption and can realize large-scale preparation etc., belongs to the green synthesis technology. The composite photocatalyst of the invention can be used for treating antibiotic wastewater, and has the advantages of high degradation efficiency, good photocatalytic performance, good stability and good reuse performance.

【技术实现步骤摘要】
碳量子点修饰的单层钨酸铋纳米片复合光催化剂及其制备方法和应用
本专利技术属于功能材料
，涉及一种碳量子点修饰的单层钨酸铋纳米片复合光催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
随着纳米材料技术的发展，在处理环境中的有机或无机污染物的技术中，半导体光催化技术具有广阔的发展前景。尤其是可见光响应的半导体光催化材料的发展，更进一步促进半导体光催化技术在环境修复领域中的应用。铋基氧化物由于其独特的层状结构、可控的微观形貌以及良好的可见光响应特性而被广泛应用于可见光催化制氢及去除环境污染物。超薄铋基氧化物的研究更加引起高度重视。目前的研究大多集中于以下几种铋系衍生物，如Bi2O2CO3、BiOBr、BiOCl、Bi2WO6等，以及金属修饰的铋氧化物如Ag-BiOBr、Pt-Bi2WO6等。然而对于上述催化剂，同样存在着一些明显缺陷，其一，当以太阳光或者可见光为照射光源时，其光能效率较低；其二，其表面电子-空穴的复合机率较大，从而使催化性能受到限制。碳量子点被认为是一种新型的发光材料，在生物传感以及生物医学领域具有重大的潜在应用价值。由于量子尺寸效应和介电限域效应的影响，小尺寸的碳纳米粒子具有独特的光电性质，使其在发光照明、太阳能电池及生物标记等领域显出较大的应用前景。
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，提供一种可见光响应范围宽、降解效率高、光催化稳定性好、重复利用性能好的碳量子点修饰的单层钨酸铋纳米片复合光催化剂，还提供了一种操作简便、原料成本低、耗能少、可实现规模化制备的碳量子点修饰的单层钨酸铋纳米片复合光催化剂的制备方法，以及该复合催化剂在处理抗生素废水中的应用。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案：一种碳量子点修饰的单层钨酸铋纳米片复合光催化剂，包括单层钨酸铋纳米片和碳量子点；所述单层钨酸铋纳米片上修饰有所述碳量子点；所述碳量子点与所述单层钨酸铋纳米片的质量比为0.03～0.05∶1。作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供了一种碳量子点修饰的单层钨酸铋纳米片复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：S1、将碳量子点、十六烷基三甲基溴化铵加入到Bi(NO3)3·5H2O溶液中，得到悬浮液；S2、将Na2WO4·2H2O溶液加入到所述步骤S1得到的悬浮液中，得到混合液；S3、所述步骤S2得到的混合液进行水热反应，得到碳量子点修饰的单层钨酸铋纳米片复合光催化剂。上述的制备方法中，优选的，所述碳量子点的制备包括以下步骤：（1）将葡萄糖溶液与乙二胺混合，得到前驱体溶液；（2）将所述步骤（1）中的前驱体溶液于140℃～220℃下反应，得到反应产物溶液；（3）将所述步骤（2）中的反应产物溶液离心，取上清液进行透析，得到碳量子点溶液；（4）将所述步骤（3）中的碳量子点溶液进行冷冻干燥，得到碳量子点。上述的制备方法中，优选的，所述步骤（1）中，所述葡萄糖溶液与乙二胺的体积比为8～10∶0.335；所述葡萄糖溶液的浓度为0.5M～1M；和/或，所述步骤（2）中，所述反应的时间为3h～8h；和/或，所述步骤（3）中，所述透析的时间为10h～12h。上述的制备方法中，优选的，所述Bi(NO3)3·5H2O溶液中的Bi(NO3)3·5H2O与所述Na2WO4·2H2O溶液中的Na2WO4·2H2O的摩尔比为2～4∶1。上述的制备方法中，优选的，所述十六烷基三甲基溴化铵与所述Bi(NO3)3·5H2O溶液中的Bi(NO3)3·5H2O的摩尔比为0.01～0.1∶1。上述的制备方法中，优选的，所述碳量子点与所述Bi(NO3)3·5H2O溶液中的Bi(NO3)3·5H2O质量比为0.01～0.1∶1。上述的制备方法中，优选的，所述水热反应的温度为100℃～140℃；所述水热反应的时间为20h～26h。作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供了一种上述的碳量子点修饰的单层钨酸铋纳米片复合光催化剂或上述的制备方法制得的碳量子点修饰的单层钨酸铋纳米片复合光催化剂在处理抗生素废水中的应用，包括以下步骤：将所述碳量子点修饰的单层钨酸铋纳米片复合光催化剂和抗生素废水在避光环境下混合，得到混合液；将所述混合液在可见光下进行光催化反应，完成对抗生素废水的处理。上述的应用中，优选的，所述碳量子点修饰的单层钨酸铋纳米片复合光催化剂的添加量为每升所述抗生素废水添加所述碳量子点修饰的单层钨酸铋纳米片复合光催化剂0.1g～2g；和/或，所述抗生素废水中的抗生素为盐酸四环素；所述抗生素废水中抗生素的初始浓度为10mg/L～50mg/L；和/或，所述可见光的光源为500W的氙灯，光强为1mw/cm2；和/或，所述光催化反应的时间为20min～80min。本专利技术的创新点在于：本专利技术的Bi2WO6具有单层薄片结构，旨在改善块状催化剂光催化活性不高的缺点。同时，由于碳量子点具有优异的储蓄和传输电子的性能，因此碳量子点可有效分离单层钨酸铋纳米片的光生电荷，抑制了光生电荷的复合，延长了电子-空穴的寿命及促进了光电子的传输，提高了光生电子的利用率，与单层钨酸铋纳米片共同作用产生协同增强效应，极大地提高单层钨酸铋纳米片的光催化活性。此外，碳量子点具有上转化功能，可促进复合催化剂吸收近红外光，进一步增强复合催化剂对可见光区光谱的吸收，使得在可见光下吸收低能光子，并释放出高能光子。可见，本专利技术将碳量子点修饰于单层钨酸铋纳米片上，可以有效改善钨酸铋的吸光能力以及钨酸铋在可见光区照射下的光催化活性。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碳量子点修饰的单层钨酸铋纳米片（CQDs/m-BWO）复合光催化剂，具有可见光响应范围宽、降解效率高、光催化稳定性好、重复利用性能好等优点。2、本专利技术还提供了一种碳量子点修饰的单层钨酸铋纳米片（CQDs/m-BWO）复合光催化剂的制备方法，具有操作简便、原料成本低、耗能少、可实现规模化制备等优点，属于绿色合成技术。3、本专利技术的碳量子点修饰的单层钨酸铋纳米片（CQDs/m-BWO）复合光催化剂可用于处理抗生素废水，具有降解效率高、光催化性能稳定性好、重复利用性能好等优点。以盐酸四环素废水为例，采用本专利技术的复合光催化剂处理盐酸四环素废水时，在30min内对盐酸四环素的去除率可高达98.5%，比单层Bi2WO6纳米片和块状Bi2WO6催化剂具有更高的降解效率，即降解速率更快、去除效果更好，这说明本专利技术的复合光催化剂具有更高的光催化活性；同时，采用本专利技术的复合光催化剂五次处理盐酸四环素废水后，对盐酸四环素的去除率仍然可以达到96%以上，表现出很好的光催化稳定性和重复利用性能。附图说明为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。图1为本专利技术实施例1中制备的碳量子点修饰的单层钨酸铋纳米片（CQDs/m-BWO）复合光催化剂的SEM图，其中图1a的放大倍数为10000倍，图1b的放大倍数为50000倍。图2为本专利技术实施例1中制备的碳量子点修饰的单层钨酸铋纳米片（CQDs/m-BWO）复合光催化剂的TEM图，其中图2a的放大倍数为150000倍，图2b的放大倍数为300000倍。图3为本专利技术实施例1中制备的碳量子点修饰的单层钨酸铋纳米片（CQDs/m-B本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳量子点修饰的单层钨酸铋纳米片复合光催化剂，其特征在于，包括单层钨酸铋纳米片和碳量子点；所述单层钨酸铋纳米片上修饰有所述碳量子点；所述碳量子点与所述单层钨酸铋纳米片的质量比为0.03～0.05∶1。

【技术特征摘要】
1.一种碳量子点修饰的单层钨酸铋纳米片复合光催化剂，其特征在于，包括单层钨酸铋纳米片和碳量子点；所述单层钨酸铋纳米片上修饰有所述碳量子点；所述碳量子点与所述单层钨酸铋纳米片的质量比为0.03～0.05∶1。2.一种碳量子点修饰的单层钨酸铋纳米片复合光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将碳量子点、十六烷基三甲基溴化铵加入到Bi(NO3)3·5H2O溶液中，得到悬浮液；S2、将Na2WO4·2H2O溶液加入到所述步骤S1得到的悬浮液中，得到混合液；S3、所述步骤S2得到的混合液进行水热反应，得到碳量子点修饰的单层钨酸铋纳米片复合光催化剂。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述碳量子点的制备包括以下步骤：（1）将葡萄糖溶液与乙二胺混合，得到前驱体溶液；（2）将所述步骤（1）中的前驱体溶液于140℃～220℃下反应，得到反应产物溶液；（3）将所述步骤（2）中的反应产物溶液离心，取上清液进行透析，得到碳量子点溶液；（4）将所述步骤（3）中的碳量子点溶液进行冷冻干燥，得到碳量子点。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，所述葡萄糖溶液与乙二胺的体积比为8～10∶0.335；所述葡萄糖溶液的浓度为0.5M～1M；和/或，所述步骤（2）中，所述反应的时间为3h～8h；和/或，所述步骤（3）中，所述透析的时间为10h～12h。5.根据权利要求2～4中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述Bi(NO3)3·5H2O溶液中的Bi(NO3)3·5H2O与所述Na2W...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤琳，王佳佳，邓垚成，曾光明，刘雅妮，陈慧，冯程洋，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43