基于photo-Fenton反应降解四环素的自驱动催化剂及其制备与应用制造技术

本发明专利技术公开一种基于photo‑Fenton反应降解四环素的自驱动催化剂及其制备与应用，其是在利用水热合成法制备的CuS@Fe

【技术实现步骤摘要】
基于photo-Fenton反应降解四环素的自驱动催化剂及其制备与应用
本专利技术涉及无机纳米材料及环境领域，具体是涉及一种基于photo-Fenton反应降解四环素的自驱动催化剂及其制备与应用。
技术介绍
近年来，由于工业化进程的高速发展，导致有机污染物的过量排放问题日趋严重。其中，水溶性污染物是造成环境中地表水和地下水污染的最直接原因。而且，许多污染物很难用常规化学或生物方法进行有效处理，水净化工程迎来巨大挑战。早年间抗生素作为一类能改善人类健康的药物在很长一段时间内都得到广泛的使用，但是正是由于过度使用的问题以及它们在水环境中持久难分解的特性，使得抗生素如今已成为一种新兴的污染物。过量抗生素的存在不仅会对水生和陆地生物构成威胁，而且还可能诱导细菌产生耐药性。目前，利用常规手段并不能有效地降解水中的抗生素。因此，迫切需要研发一种有效的策略或者方法来实现水体中抗生素净化的目标。Fenton反应是高级氧化过程(AOPs)之一，被认为是处理水污染物的有效方法。Fenton反应是通过催化分解H2O2产生强大的羟基自由基和超氧化物，这被认为是最具氧化性的反应性物质，可将多种有机污染物降解为小的无污染分子。为了提高Fenton反应的氧化效率，Fenton反应与光催化协同发展，photo-Fenton催化被提出应用于高效降解水中污染物。中国专利CN112062200A公开一种含Cu生物炭吸附协同催化氧化去除水体中四环素的方案，其利用含Cu生物炭催化剂与过氧化氢溶液形成非均相类Fenton体系，产生羟基自由基降解四环素，还通过掺杂金属Fe使催化剂获得磁响应特性，使其在外加磁场作用下易于从体系中分离；CN112062200A公开一种微米级类芬顿催化剂及其制备方法和应用，该类Fenton催化剂是黄铜矿CuFeO2，其可活化H2O2以产生强氧化性的羟自由基，实现对环境有机污染物的氧化降解和矿化中的应用。上述两种方案都可用于环境治理领域，但是方案的不足之处在于，其所公开的催化剂均没有自驱动特性，反应过程中需借助外部器械增强催化剂在溶液中的传质效果，催化剂可能难以伸入到一些狭小空间进行反应，存在反应盲区，治理效果并不是特别理想。微纳米马达能将化学能转化为自主运动的特性引起了相关领域技术人员的浓厚兴趣。微纳米马达的自驱动运动可以使周围的流体在受污染的样品之间更强地混合，从而加速污染物的降解。特别是对于依靠气泡推动力实现自驱动的微纳米马达，持续产生微气泡进一步增强了溶液中的传质，进而可提高降解效果。如将自驱动的微纳米马达与高效地AOPs工艺相结合，不仅能够取缔外部机械的使用，而且可以实现长距离、大范围作业，甚至可以深入到传统手段无法触及的狭小空间执行净水任务。因此，将卓越的自驱动能力与非均相photo-Fenton催化相结合，必将会为水污染治理提供了一种高效、环保、低成本的污染物降解策略，为水体净化带来了新思路和新方案。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术中的不足，提供一种基于photo-Fenton反应降解四环素的自驱动催化剂及其制备与应用，该催化剂具有独特的定向自驱动特性，在含有双氧水的溶液中具有高的运动速度，而且在磁场和光辐射的双重刺激响应下可以实现多种模式的推进和引导。本专利技术的技术方案为：一种基于photo-Fenton反应降解四环素的自驱动催化剂，该自驱动催化剂CuS@Fe3O4/Pt是在水热合成法制备的CuS@Fe3O4复合材料表面通过物理气相沉积法沉积一层金属铂构建得到的，该材料具备不对称的结构特征；该自驱动催化剂能够利用自身的不对称性通过催化过氧化氢分解产生的气泡获得驱动力以增强溶液中的传质；该自驱动催化剂具备磁控定向运动的特性，可磁性回收利用；该自驱动催化剂在紫外线照射下可向光点处聚集，具备光响应的集群定向运动特征。上述基于photo-Fenton反应降解四环素的自驱动催化剂的制备方法如下：(1)CuS微球的制备将0.2～0.4gCuCl2·2H2O超声溶解到40mL乙二醇中，完全溶解后，将0.6g硫脲缓慢加入上述溶液中，搅拌一段时间，将溶液转到反应釜中加热反应，降温至室温，离心干燥得到片层堆积CuS微球材料；(2)CuS@Fe3O4复合材料的制备将0.3～0.6g的CuS微球超声分散在30mL的去离子水中，将0.3g的柠檬酸钠、0.1g的FeCl3·6H2O和0.01g的尿素溶解在分散液中后，将0.06g的聚丙烯酸钠缓慢加入到上述分散液中，连续搅拌，将该混合液转到反应釜中加热反应，离心、清洗、干燥得到CuS@Fe3O4复合材料；(3)CuS@Fe3O4/Pt自驱动马达的制备将0.5～1.0mg的CuS@Fe3O4复合材料超声分散在20mL水中，然后在玻璃片上铺成薄层，自然晾干，取晾干后的玻璃片置于真空离子溅射仪的工作台上，铂靶溅射得到CuS@Fe3O4/Pt自驱动马达。进一步地，步骤(1)中，加热反应温度为120-130℃，保温8～14h。进一步地，步骤(2)中，加热反应温度为180-240℃，保温2～6h。进一步地，步骤(3)中，铂靶溅射时真空度为6～8Pa，溅射电压为8～10mA，溅射时间为6～8s。上述基于photo-Fenton反应降解四环素的自驱动催化剂可用于降解水体污染物四环素，具体操作时是先将配制的CuS@Fe3O4/Pt加入四环素废水溶液中，加入一定质量浓度的过氧化氢溶液，提供光照，在无机械搅拌的情况下，复合材料通过催化双氧水分解产生气泡以推动复合材料自主运动完成对四环素的降解。本专利技术的有益效果为：1.本专利技术通过将光催化剂和Fenton反应相结合而制备出基于photo-Fenton反应的自驱动催化剂，该复合催化材料能够利用自身的不对称性通过催化过氧化氢分解产生气泡获得驱动力，同时，产生的微气泡进一步增强了溶液中的传质，在可见光的照射下，可快速高效地降解水中污染物；2.本专利技术制备的自驱动的催化剂在磁场和光辐射的刺激响应性下、能够在不同的体系下实现推进和引导，磁性响应实现催化剂快速分离和收集，CuS本身的光热效应可以造成溶液中热量的不均匀分布，光刺激响应可以实现催化剂的群体性运动；3.本专利技术制备的基于photo-Fenton反应的自驱动催化剂可以通过自主运动和所产生气泡的作用，增强周围流体的混合，加速活性物质产生，克服机械搅拌的限制，不受设备制约，方便回收再利用，绿色环保避免二次污染；4.由于本专利技术制备的自驱动催化剂是通过催化双氧水分解产生的气泡的推动力推动着复合材料自主运动的，相比于机械推动而言，该种推动方式可促使催化剂深入到传统手段无法触及的狭小空间执行任务，缩短操作时间，提高治理效率；5.本专利技术也可用于制备其它具有自驱动特性的催化剂，通过电子束蒸镀、离子溅射等其它物理气相沉积方法负载金属层，此外，铂金属可以用银等其它能够催化双氧水分解的金属代替，所氧化降解的污染物也不限于四环素，能够通过photo-F本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于photo-Fenton反应降解四环素的自驱动催化剂，其特征在于，该自驱动催化剂CuS@Fe

【技术特征摘要】
1.一种基于photo-Fenton反应降解四环素的自驱动催化剂，其特征在于，该自驱动催化剂CuS@Fe3O4/Pt是在水热合成法制备的CuS@Fe3O4复合材料表面通过物理气相沉积法沉积一层金属铂构建得到的，该材料具备不对称的结构特征；
该自驱动催化剂能够利用自身的不对称性通过催化过氧化氢分解产生的气泡获得驱动力以增强溶液中的传质；
该自驱动催化剂在紫外线照射下可向光点处聚集，具备光响应的集群定向运动特征。


2.如权利要求1所述的基于photo-Fenton反应降解四环素的自驱动催化剂，其特征在于，该自驱动催化剂具备磁控定向运动的特性，可磁性回收利用。


3.如权利要求1-2中任一项所述的基于photo-Fenton反应降解四环素的自驱动催化剂的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)CuS微球的制备
将0.2～0.4gCuCl2·2H2O超声溶解到40mL乙二醇中，完全溶解后，将0.6g硫脲缓慢加入上述溶液中，搅拌一段时间，将溶液转到反应釜中加热反应，降温至室温，离心干燥得到片层堆积CuS微球材料；
(2)CuS@Fe3O4复合材料的制备
将0.3～0.6g的CuS微球超声分散在30mL的去离子水中，将0.3g的柠檬酸钠、0.1g的FeCl3·6H2O和0.01g的尿素溶解在分散液中后，将0.06g的聚丙烯酸钠缓慢加入到上述分散液中，连续搅拌，将该混合液转到反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：王虹，马恩慧，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32