半导体材料包覆铁酸盐复合催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种半导体材料包覆铁酸盐复合催化剂及其制备方法和应用。所述的半导体材料包覆铁酸盐复合催化剂是SrTiO3@MnFe2O4。本发明专利技术采用微波水热法得到的SrTiO3@MnFe2O4纳米粒子催化剂，结合紫外光‑微波协同作用，降解抗生素。本发明专利技术作为一种处理抗生素废水的新方法，具有降解效率高、速度快、成本低和无二次污染等优点，适合于大规模处理抗生素废水，可实现短时间快速彻底地降解抗生素废水。

【技术实现步骤摘要】
半导体材料包覆铁酸盐复合催化剂及其制备方法和应用
本专利技术属于催化降解领域，具体地涉及微波水热法制备的半导体材料包覆铁酸盐复合催化剂应用于紫外光-微波协同催化降解水中抗生素。
技术介绍
抗生素之前被称作抗菌素，它是一类具备抗病原体或别的活性的微生物次级代谢产物，及其化学半合成或全合成的衍生物，这些微生物主要是指细菌、真菌、放线菌属等，一些高等动植物在生长繁殖过程中也可以产生抗生素。抗生素具有很高活性，在低浓度下就能选择性地抑制某些生物生命活动。对于某些病原微生物，抗生素可以强烈的抑制其活性甚至将其杀死，因此，它常被用作预防感染性疾病。抗生素首要用于医治感染类疾病，涵盖各类细菌感染或致病微生物感染，无特殊情况下，它对宿主细胞不会造成严重的危害。除了用于治疗感染类疾病，抗生素还被用作包括抗肿瘤、抗病毒、抑制免疫、杀虫、除草等。目前，随着四环素类抗生素制药工业的发展，四环素类抗生素使用量的增加，治理其排放的含四环素的有机污水越来越受到重视，治理与预防的手段和技术也是层出不穷，目前对于含抗生素的有机污水的处理大多采用生物降解和包含光降解、水解、氧化降解等形式的非生物降解方式。四环素在环境中降解主要分为生物降解和非生物降解，其中生物降解主要是通过微生物的作用降解四环素，非生物降解主要分为光降解、水解和氧化降解，其中光降解就是利用紫外光、可见光等降解四环素，水解则是水环境中降解四环素的主要途径，氧化降解则是利用强氧化剂氧化降解四环素。然而现有的方法，降解速率慢，成本高，易造成二次污染。
技术实现思路
为了解决以上问题，本专利技术提供一种降解速率快，成本低，没有中间产物生成和不会造成二次污染的半导体材料包覆铁酸盐复合催化剂。本专利技术的另一目的是提供利用半导体材料包覆铁酸盐复合催化剂协同紫外光-微波催化降解水中有机污染物的方法。本专利技术是通过如下的技术方案实现的：一种半导体材料包覆铁酸盐复合催化剂，所述的半导体材料包覆铁酸盐复合催化剂是SrTiO3@MnFe2O4，由钛酸锶SrTiO3和铁酸锰MnFe2O4制得。优选的，按质量比，钛酸锶:铁酸锰＝1:(0.5～2)。一种半导体材料包覆铁酸盐复合催化剂的制备方法，方法如下：将硝酸铁与硝酸锰混合，溶于超纯水中，用NaOH调节pH至12.0，将混合物转移到微波消解罐中，然后封闭微波消解罐，置于微波消解仪中，微波功率400w，温度210℃，水热压力1.5MPa下，微波水热反应30min，沉淀物用超纯水洗至中性，过滤，干燥，得铁酸锰MnFe2O4固体；将氢氧化锶和二氧化钛混合均匀后，加入适量的铁酸锰MnFe2O4固体，将混合物转移到微波消解罐中，然后封闭微波消解罐，置于微波消解仪中，微波功率400w，温度210℃，水热压力1.5MPa下，微波水热反应30min，沉淀物用超纯水洗至中性，过滤，干燥，得目标产物。优选的，上述的制备方法，按摩尔比，Sr3+:Ti3+＝1:1。优选的，上述的制备方法，按摩尔比，Fe3+:Mn2+＝2:1。上述的半导体材料包覆铁酸盐复合催化剂在紫外光-微波协同作用下催化降解水中有机污染物中的应用。优选的，所述的有机污染物为抗生素。更优选的，所述的抗生素是四环素。半导体材料包覆铁酸盐复合催化剂协同紫外光-微波催化降解水中有机污染物的方法，方法如下：于含有有机污染物的溶液中加入上述的半导体材料包覆铁酸盐复合催化剂，于微波功率100-300W，紫外光功率200W下，催化降解15-25min。优选的，有机污染物的浓度为25mg/L。紫外光-微波降解技术的基本原理是，微波照射液体能使其中的极性分子高速旋转而产生热效应，同时改变体系的热力学函数，降低反应的活化能和分子的化学键强度。因此半导体与铁酸盐的质量比，微波照射时间，不同组成技术和微波功率，重复使用次数等因素对降解四环素(TC)有很大的影响。本专利技术采用微波水热法得到的SrTiO3@MnFe2O4纳米粒子催化剂，结合紫外光-微波协同作用，降解抗生素。当紫外光-微波照射时，钛酸锶禁带宽度(3.2eV)在紫外光下具有优异的光催化活性，在降解污染物方面有着较为广阔的应用前景。铁酸盐能强烈吸收微波，在其表面产生许多“热点”，这些“热点”温度很高，有机污染物与热点接触就能够被氧化分解。微波和光催化涉及相似的反应机制，即氧化分解产生羟基自由基，技术组合后可以更好的降解抗生素。因此，本专利技术作为一种处理抗生素废水的新方法，具有降解效率高、速度快、成本低和无二次污染等优点，适合于大规模处理抗生素废水，可实现短时间快速彻底地降解抗生素废水。附图说明图1是复合催化剂SrTiO3@MnFe2O4的SEM图。图2是复合催化剂SrTiO3@MnFe2O4的XRD图。图3是不同条件下降解四环素的UV-vis光谱。其中，a：TC；b：TC+UV+MW；c：TC+SrTiO3；d：TC+SrTiO3@MnFe2O4；e：TC+MnFe2O4；f：TC+UV+MW+SrTiO3；g：TC+UV+MW+MnFe2O4；h：TC+UV+MW+SrTiO3@MnFe2O4。具体实施方式实施例1(一)SrTiO3催化剂称取TiO2(0.4518g)和Sr(OH)2.8H2O(1.5032g)，放入微波消解罐，添加30mL蒸馏水，保证Sr、Ti元素摩尔比别为1:1。然后封闭微波消解罐，把微波消解罐放到微波消解仪的转盘之中，微波功率400w，温度210℃，压力为1.5MPa的条件下，微波反应30min，冷却到室温，用蒸馏水多次洗涤沉淀物直至中性。离心后去除上清液，剩余物质置于烘箱，在105℃的条件下干燥6小时，研磨，最终得到固体SrTiO3催化剂。(二)MnFe2O4催化剂将3.636gFe(NO3)3·9H2O与0.5mL50％Mn(NO3)2混合溶于超纯水中，将混合物转移到微波消解罐中，用NaOH调节pH至12.0，然后封闭微波消解罐，把微波消解罐放到微波消解仪的转盘之中，微波功率400w，温度210℃，压力为1.5MPa的条件下，微波水热反应30min，冷却至室温，沉淀物用超纯水洗至中性，过滤，干燥，得目标产物MnFe2O4催化剂。(三)SrTiO3@MnFe2O4催化剂称取TiO2(0.4518g)和Sr(OH)2·8H2O(1.5032g)，放入微波消解罐中，添加30mL蒸馏水，保证Sr、Ti元素摩尔比为1:1。按质量比，钛酸锶:铁酸锰＝1:1，加入(二)获得的MnFe2O4催化剂，然后将混合物转移到微波消解罐中，封闭微波消解罐，把微波消解罐放到微波消解仪的转盘之中，微波功率400w，温度210℃，压力为1.5MPa的条件下，微波反应30min，冷却到室温，用蒸馏水多次洗涤沉淀物直至中性。离心后去除上清液，剩余物质置于烘箱，在105℃的条件下干燥6小时，研磨。最终得到SrTiO3@MnFe2O4固体。(四)SrTiO3@MnFe2O4催化剂表征说明制备的SrTiO3@MnFe2O4的SEM和XRD图，如图1和图2所示，图1复合催化剂的SEM图，可以明显观察出海绵杆状的MnFe2O4和球形的SrTiO3存在。图2复合催化剂的XRD，2θ值相似于MnFe2O4(JCPDSCardNo.74-2403)和SrTiO3(JCPDFCardNO.35-0734本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体材料包覆铁酸盐复合催化剂，其特征在于，所述的半导体材料包覆铁酸盐复合催化剂是SrTiO3@MnFe2O4，由钛酸锶SrTiO3和铁酸锰MnFe2O4制得。

【技术特征摘要】
1.一种半导体材料包覆铁酸盐复合催化剂，其特征在于，所述的半导体材料包覆铁酸盐复合催化剂是SrTiO3@MnFe2O4，由钛酸锶SrTiO3和铁酸锰MnFe2O4制得。2.根据权利要求1所述的一种半导体材料包覆铁酸盐复合催化剂，其特征在于，按质量比，钛酸锶:铁酸锰＝1:(0.5～2)。3.权利要求1或2所述的一种半导体材料包覆铁酸盐复合催化剂的制备方法，其特征在于，方法如下：将硝酸铁与硝酸锰混合，溶于超纯水中，用NaOH调节pH至12.0，将混合物转移到微波消解罐中，然后封闭微波消解罐，置于微波消解仪中，微波功率400w，温度210℃，水热压力1.5MPa下，微波水热反应30min，沉淀物用超纯水洗至中性，过滤，干燥，得铁酸锰MnFe2O4固体；将氢氧化锶和二氧化钛混合均匀后，加入适量的铁酸锰MnFe2O4固体，将混合物转移到微波消解罐中，然后封闭微波消解罐，置于微波消解仪中，微波功率400w，温...

【专利技术属性】
技术研发人员：张朝红，刘明宇，王君，郜炜，李芳轶，纪剑峰，王璇，
申请(专利权)人：辽宁大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21