双钙钛矿型光催化剂钛酸铜钙对抗生素的降解方法技术

本发明专利技术涉及一种双钙钛矿型光催化剂钛酸铜钙对抗生素的降解方法，该方法以常用的抗生素—四环素为污染物探针分子，在不同形貌的双钙钛矿型光催化剂钛酸铜钙CaCu3Ti4O12化合物（立方，多面体，纳米棒和八面体）的存在下，通过氙灯照射对其进行降解。降解结果表明，在50min内，其光催化降解的效率可达99%以上，通过高效液相色谱仪及高分辨质谱分析表明：该类抗生素最终降解为无机盐CO2和H2O。依本发明专利技术制备的CaCu3Ti4O12催化剂不仅在单次光催化降解有机污染物中表现出高端光催化活性，而且可以循环使用多次，依然表现出高的光催化活性。对清洁能源应用和环境治理有重大需求，以催化新材料和催化新技术的创新为突破口，为环境治理中有害物质处理技术创新和进步奠定实验基础。

【技术实现步骤摘要】
双钙钛矿型光催化剂钛酸铜钙对抗生素的降解方法
本专利技术涉及不同形貌的、新型光催化剂钛酸铜钙化合物(立方，多面体，纳米棒和八面体)在光催化下对抗生素污染物降解的方法。
技术介绍
新型有机污染物的研究是目前国际上环境化学研究的热点领域，其所引起的环境污染和人体健康问题也是我国环境健康研究的重要组成部分。随着国际斯德哥尔摩公约履约活动的不断深入，我国正面临着履行公约以及削减与控制持久性有机污染物的巨大挑战。抗生素作为治疗疾病的有效药物被广泛用于医药、畜牧业及水产业中，然而医疗废弃物中抗生素残留会造成严重的环境污染，成为环境领域亟待解决的关键问题之一。其大量使用使得大量抗生素类物质进入环境，给自然环境造成了严重的危害，破环生态平衡。一些性质稳定的药物被排泄到环境中仍能稳定存在很长时间，化学结构稳定、毒性大，并且难降解，因而具有远距离迁移、被生物富集等持久性污染特征从而造成环境中的药物残留。因此如何减轻环境中抗生素类污染物的影响和发展清洁有效的选择性环境净化技术成为当今国际环境领域最迫切需要解决的热点问题。目前，对于这类持久性有机污染物，很难依靠基于高浓度、外加计量反应试剂为基础的传统物化方法(如沉降、吸附、湿式氧化等)以及生化技术等进行处理。由于有些抗生素结构稳定，采用这些传统的物理、化学或生物法进行处理，都难以达到满意的降解效果。现有抗生素残留去除方法存在成本高、周期长、二次污染等缺陷，成为制约抗生素污染治理的关键技术瓶颈，急需研制一种高效、便捷、绿色的抗生素降解方法。因此，发展清洁有效的选择性环境净化技术成为当今国际环境领域最迫切需要解决的热点问题。半导体光催化降解有机污染物速度快，室温进行，最终能将有机污染物彻底矿化分解成CO2、H2O和其他无机盐，没有二次污染，有效利用太阳能优点成为当今国际环境科学与
研究的前沿。关于钛酸铜钙的使用主要在介电，陶瓷方面。尚未涉及到在光催化下对抗生素类污染物降解方面的应用。尤其是不同形貌的、新型钛酸铜钙催化剂的降解抗生素性能尚未报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种双钙钛矿型光催化剂钛酸铜钙对抗生素的降解方法，该方法以四环素为污染物，在钛酸铜钙化合物(立方、多面体、纳米棒和八面体)的存在下，在氙灯照射对抗生素污染物进行降解，在50min内，降解的效率可达99％以上，通过高效液相色谱仪和质谱分析，该抗生素污染物最终降解为CO2、H2O以及无机盐类。是一种简单、高效抗生素可见光光催化降解的方法，该专利技术所述的方法不仅在单次光催化降解有机物中表现出高端光催化活性，而且可以循环使用多次，依然表现出高的光催化活性，在实际无机催化剂处理工业废水等领域具有广泛的应用前景。本专利技术操作工艺简单，成本低，能高效、快速的用于抗生素中的降解。该专利技术进一步的意义在于立足国家对清洁能源应用和环境治理的重大需求，以催化新材料和催化新技术的创新为突破口，为环境治理中有害物质处理技术创新和进步奠定一定的理论和实验基础。本专利技术所述的一种双钙钛矿型光催化剂钛酸铜钙对抗生素的降解方法，按下列步骤进行：a、将抗生素为四环素溶解在水中，配制成浓度为1×10-5mol/L的溶液，然后置于超声波中处理，使其成为均一稳定的溶液；b、在避光条件下，将40mg的不同形貌的光催化剂钛酸铜钙分别加入步骤a得到的溶液中，搅拌30min，锡箔纸包好，避光保存；c、将步骤b中的溶液体系在波长为420nm的300W氙灯进行可见光照射，光能量密度为700mw/cm2，温度保持25℃，剩余溶液体系距氙灯出口10cm，每隔10min取样4mL；d、将取出的样品离心后，取上清液测试高效液相色谱和高分辨质谱，分析污染物的降解效率及降解产物。步骤b中不同形貌的光催化剂钛酸铜钙为立方、多面体、纳米棒或八面体。本专利技术所述的双钙钛矿型光催化剂钛酸铜钙对抗生素的降解方法，该方法将不同形貌的光催化剂钛酸铜钙化合物在光催化下针对抗生素类污染物降解，该方法将一定浓度的代表性抗生素污染物在氙灯照射下，随着时间的变化，使抗生素类污染物矿化成无毒无机盐。附图说明图1为本专利技术在不同形貌的光催化剂钛酸铜钙的扫描电镜图，其中(a)为立方形貌，(b)为多面体形貌，(c)为纳米棒形貌，(d)为八面体形貌的光催化剂钛酸铜钙化合物图；图2为本专利技术不同形貌的光催化剂钛酸铜钙粉末衍射XRD图谱，其中(1)为立方形貌，(2)为多面体形貌，(3)为纳米棒形貌，(4)为八面体形貌的光催化剂钛酸铜钙化合物图；图3a为本专利技术氙灯照射下的不同形貌催化剂钛酸铜钙降解率对比图，其中(1)为无催化剂，(2)为没有光照，(3)为商业化的二氧化钛P25，(4)为多面体形貌的光催化剂，(5)立方形貌的光催化剂，(6)纳米棒形貌的光催化剂以及(7)八面体形貌的光催化剂催化作用下的降解浓度变化。图3b为本专利技术氙灯照射下的不同形貌催化剂钛酸铜钙最终降解浓度对比图，其中(1)立方形貌的光催化剂，(2)为多面体形貌的光催化剂，(3)为纳米棒形貌的光催化剂，(4)八面体形貌的光催化剂，(5)为商业化的二氧化钛P25催化作用下的最终降解浓度，催化剂用量为40mg，四环素浓度1×10-5mol/L。图4为本专利技术对光催化剂(八面体为例)的循环利用性和稳定性评价，即六轮循环光催化过程中抗生素降解浓度对比图，其中催化剂用量为40mg，四环素浓度1×10-5mol/L。具体实施方式以下结合附图和实施例对本专利技术进行详细说明：实施例1a、将抗生素为四环素溶解在水中，配制成浓度为1×10-5mol/L的溶液，然后置于超声波中处理使其成为均一稳定的溶液；b、在避光条件下，将40mg的立方形貌的光催化剂钛酸铜钙加入步骤a得到的溶液中，搅拌30min，锡箔纸包好，避光保存；c、将步骤b中的溶液体系在波长为420nm的300W氙灯进行可见光照射，光能量密度为700mw/cm2，温度保持室温25℃，剩余溶液体系距氙灯出口10cm，每隔10min取样4mL；d、将取出的样品离心后，取上清液测试高效液相色谱和高分辨质谱，分析污染物的降解效率及降解产物，通过50min可见光降解后测试立方形貌的催化剂对四环素的降解率为66.8％。实施例2：a、将抗生素为四环素溶解在水中，配制成浓度为1×10-5mol/L的溶液，然后置于超声波中处理使其成为均一稳定的溶液；b、在避光条件下，将40mg的多面体形貌的光催化剂钛酸铜钙加入步骤a得到的溶液中，搅拌30min，锡箔纸包好，避光保存；c、将步骤b中的溶液体系在波长为420nm的300W氙灯进行可见光照射，光能量密度为700mw/cm2，温度保持室温25℃，剩余溶液体系距氙灯出口10cm，每隔10min取样4mL；d、将取出的样品离心后，取上清液测试高效液相色谱和高分辨质谱，分析污染物的降解效率及降解产物，通过50min可见光降解后测试多面体形貌的催化剂对四环素的降解率为87.3％。实施例3：a、将抗生素为四环素溶解在水中，配制成浓度为1×10-5mol/L的溶液，然后置于超声波中处理使其成为均一稳定的溶液；b、在避光条件下，将40mg的纳米棒形貌的光催化剂钛酸铜钙加入步骤a得到的溶液中，搅拌30min，锡箔纸包好，避光保存；c、将步骤b中的溶液体系在波长为420nm的300W氙灯进行可见光照射本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双钙钛矿型光催化剂钛酸铜钙对抗生素的降解方法，其特征在于按下列步骤进行：a、将抗生素为四环素溶解在水中，配制成浓度为1×10

【技术特征摘要】
1.一种双钙钛矿型光催化剂钛酸铜钙对抗生素的降解方法，其特征在于按下列步骤进行：a、将抗生素为四环素溶解在水中，配制成浓度为1×10−5mol/L的溶液，然后置于超声波中处理，使其成为均一稳定的溶液；b、在避光条件下，将40mg的不同形貌的光催化剂钛酸铜钙分别加入步骤a得到的溶液中，搅拌30min，锡箔纸包好，避光保存；c、将步骤b中的溶液体系在波长为420nm的30...

【专利技术属性】
技术研发人员：王传义，热沙来提·海里里，
申请(专利权)人：中国科学院新疆理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：新疆,65