一种CN/NCD/ZFL光催化剂及其应用和抗生素废水处理方法技术

本发明专利技术公开了一种CN/NCD/ZFL光催化剂及其应用和抗生素废水处理方法。该CN/NCD/ZFL光催化剂通过原位沉积

【技术实现步骤摘要】
一种CN/NCD/ZFL光催化剂及其应用和抗生素废水处理方法


[0001]本专利技术属于复合催化剂
，具体涉及一种CN/NCD/ZFL光催化剂及其应用和抗生素废水处理方法。

技术介绍

[0002]高级氧化技术(Advanced Oxidation Process,AOPs)以产生具有强氧化能力的活性物种(h
+
、
·
OH、
·
O2‑
)为特点，在高温高压、电、声、光辐照、催化剂等反应条件下，使难降解有机物氧化成低毒或无毒的小分子物质，从而降解污染物。半导体光催化由于不会造成二次污染并可彻底降解污染物(生成CO2、H2O)，从而被认为是解决污水中环境污染物的最可行的方法。
[0003]大量的研究发现单一的半导体光催化剂存在光电子
‑
空穴对复合速度快以及可见光利用率低等缺点。近年来，一种新型的半导体光催化剂“Z型异质结光催化剂”以其优异的光催化性能在光催化领域得到了广泛的应用。相比于传统Ⅱ型异质结光催化剂，Z型异质结光催化剂表现出优越的光催化活性，且其可以保持较高的氧化还原能力，从而得以提高光催化效率。
[0004]类石墨相氮化碳作为无金属的半导体材料，因其优越的光学性能而受到光催化领域的广泛关注，但其仍存在电子
‑
空穴易重组、比表面积小、电导率低、可见光吸收差等问题。据报道，当类石墨相氮化碳与层状双金属氢氧化物结合时其光催化活性能够得以增强。碳点具有上转换光致发光性质，不仅可以改善电荷转移，而且可以提高可见光的利用率。当碳点与氮原子掺杂时，半导体导带中的电子会转移到氮掺杂碳点上，从而抑制光致电子空穴对的复合。此外，氮原子可以降低碳点的功函数以进一步提高光催化性能。
[0005]目前为止，关于氮掺杂碳点复合类石墨相氮化碳/锌铁层状双金属氢氧化物Z型异质结光催化剂降解四环素废水的研究未见报道。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种CN/NCD/ZFL光催化剂及其应用和抗生素废水处理方法，解决了上述
技术介绍
中的问题。
[0007]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案之一是：提供了一种CN/NCD/ZFL光催化剂，为氮掺杂碳点复合类石墨相氮化碳/锌铁层状双金属氢氧化物的Z型异质结光催化剂。
[0008]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案之二是：提供了一种CN/NCD/ZFL光催化剂的制备方法，包括如下步骤：
[0009]1)制备氮掺杂碳点溶液；
[0010]2)制备氮掺杂碳点复合类石墨相氮化碳；
[0011]3)制备Z型异质结光催化剂：
[0012]①
向去离子水中加入煅烧后固体物料并超声混合均匀，加入硫酸锌和硫酸亚铁并用氢氧化钠溶液调节pH为7.5～8并搅拌1～2h；
[0013]②
加入H2O2并在40～45℃下老化3～4h，得到混合物料；
[0014]③
将所述混合物料洗涤至pH＝7并固液分离，将分离的固体清洗、烘干、研磨，制得CN/NCD/ZFL的Z型异质结光催化剂。
[0015]在本专利技术一较佳实施例中，所述步骤3)的
①
中，Zn
2+
与Fe
3+
的比值为3:1。
[0016]在本专利技术一较佳实施例中，所述步骤3)的
③
中，将分离的固体清洗以无水乙醇和去离子水若干次后，在40
‑
60℃下烘干5～6h。
[0017]在本专利技术一较佳实施例中，所述步骤1)包括：
[0018]①
将柠檬酸和尿素溶于去离子水并混合均匀后180～200℃下水热反应5h；
[0019]②
将所述溶液高速离心，上清液烘干并溶于去离子水中配置得到质量浓度为1～2mg/mL的氮掺杂碳点溶液。
[0020]在本专利技术一较佳实施例中，所述步骤1)中，柠檬酸和尿素的质量比为2∶1～1.5∶1，溶液中溶质的总质量分数为17～21％。
[0021]在本专利技术一较佳实施例中，所述步骤2)包括：
[0022]①
向无水乙醇中加入三聚氰胺并搅拌2h，随后滴加所述氮掺杂碳点溶液，继续搅拌2～3h得到混合液，并于60～70℃的水浴加热条件下搅拌至溶剂挥发，实现固液分离得到固体物料；
[0023]②
将上述固体物料研磨后530～550℃下煅烧2～4h。
[0024]在本专利技术一较佳实施例中，所述步骤2)中，混合液中三聚氰胺的质量浓度为60g/L，所述无水乙醇、氮掺杂碳点溶液的体积比为50:30～50。
[0025]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案之三是：提供了一种CN/NCD/ZFL光催化剂在抗生素废水处理中的应用。
[0026]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案之四是：提供了一种抗生素废水处理方法，采用如上述的一种CN/NCD/ZFL光催化剂，外加负载420nm滤光片的300W氙灯光源进行光催化降解处理；其中，所述CN/NCD/ZFL光催化剂在抗生素废水中的浓度为0.2～1.0g/L，所述抗生素废水包括四环素废水。
[0027]本技术方案与
技术介绍
相比，它具有如下优点：
[0028]1.本专利技术利用层状双金属氢氧化物对类石墨相氮化碳的性能增强作用，不仅通过形成类石墨相氮化碳/锌铁层状双金属氢氧化物的Z性异质结，强化了催化剂的电荷转移能力，增加了光响应范围，还通过氮掺杂碳点进一步提高可见光光利用率及电荷传输能力；
[0029]2.本专利技术制备的光催化剂可以有效地响应可见光，在可见光相应能量的激发下，位于类石墨相氮化碳和锌铁层状双金属氢氧化物价带上的电子能够跃迁至对应的导带位置，进一步与氧气发生氧化还原反应生成活性物种，高效降解水中四环素；
[0030]3.本专利技术制备的光催化剂稳定性较高，多次重复实验表明其催化效果稳定，可以实现催化剂的回收利用，减少二次污染；
[0031]4.本专利技术光催化剂在常温、常压条件下外加负载420nm滤光片的300W氙灯光源，即能达到反应所需条件，在光源照射下可不断产生活性物种，从而持续降解四环素废水。
附图说明
[0032]图1为实施例1制备的CN/NCD/ZFL光催化剂透射电子显微镜照片，其中(a)放大倍
数为200nm，(b)为5nm。
[0033]图2为实施例1制备的CN/NCD/ZFL光催化剂的紫外
‑
可见漫反射光谱。
[0034]图3为不同光催化剂的光致发光光谱。
[0035]图4为实施例1制备的CN/NCD/ZFL光催化剂进行四次重复实验的光催化效果图。
[0036]图5为不同光催化剂处理水中四环素的效果图。
具体实施方式
[0037]实施例1
[0038]本实施例一种CN/NCD/ZFL光催化剂为为氮掺杂碳点复合类石墨相氮化碳/锌铁层状双金属氢氧化物Z型异质结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种CN/NCD/ZFL光催化剂，其特征在于：为氮掺杂碳点复合类石墨相氮化碳/锌铁层状双金属氢氧化物的Z型异质结光催化剂。2.如权利要求1所述的一种CN/NCD/ZFL光催化剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：1)制备氮掺杂碳点溶液；2)制备氮掺杂碳点复合类石墨相氮化碳；3)制备Z型异质结光催化剂：
①
向去离子水中加入煅烧后固体物料并超声混合均匀，加入硫酸锌和硫酸亚铁并用氢氧化钠溶液调节pH为7.5～8并搅拌1～2h；
②
加入H2O2并在40～45℃下老化3～4h，得到混合物料；
③
将所述混合物料洗涤至pH＝7并固液分离，将分离的固体清洗、烘干、研磨，制得CN/NCD/ZFL的Z型异质结光催化剂。3.根据权利要求2所述的一种CN/NCD/ZFL光催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤3)的
①
中，Zn
2+
与Fe
3+
的比值为3:1。4.根据权利要求2所述的一种CN/NCD/ZFL光催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤3)的
③
中，将分离的固体清洗以无水乙醇和去离子水若干次后，在40
‑
60℃下烘干5～6h。5.根据权利要求2所述的一种CN/NCD/ZFL光催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤1)包括：
①
将柠檬酸和尿素溶于去离子水并...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛秀玲，陈小奕，张宗玉，马婷婷，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：