一种可同步去除养殖污水中的COD、抗生素和磷的吸附-催化双功能材料的制备与应用制造技术

本发明专利技术提出了一种可同步去除养殖污水中的COD、抗生素和磷的吸附

【技术实现步骤摘要】
一种可同步去除养殖污水中的COD、抗生素和磷的吸附
‑
催化双功能材料的制备与应用


[0001]本专利技术属于双功能材料制备和水处理
，涉及一种可同步去除养殖污水中的COD、抗生素和磷的吸附
‑
催化双功能材料的制备与应用。

技术介绍

[0002]养殖废水是典型的难处理废水之一，其中有机物浓度高COD高达3000~12000 mg/L，并含有大量氮磷，此外由于养殖业中出现抗生素应用不合理、消耗过量等情况，造成养殖污水中抗生素残留的问题，因此研发一种能够有效、低成本、可持续、环保地处理养殖废水中的有机物、磷和抗生素非常重要。由于纳米材料所具有小尺寸效应、量子尺寸效应和表面界面效应等特性，在催化与吸附方面都明显表现出与传统材料不同的特性，在水处理领域已经体现了良好的应用前景，但用于同步削减养殖污水中多种污染物的工作甚少。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种以超薄g
‑
C3N4纳米片为载体，La(NO3)3·
6H2O为镧源，合成吸附
‑
催化双功能La(OH)3‑
C3N4材料的制备方法以及去除污水中COD、抗生素和磷的应用，以提供一种绿色高效的污水处理材料和处理方法。
[0004]La(OH)3与g
‑
C3N4是两种吸附、催化性能优异的材料，将二者结合，形成p
‑
n异质结构半导体，可有效提高电子
‑
空穴对的分离效率，显著增强材料的光催化活性，同时形成的异质结材料颗粒的分散性也可以明显提升，因此具有协同增强吸附和光催化性能的特征，这种“增强型吸附
‑
降解”双功能的新型环境净化材料应用于养殖污水的处理，可利用太阳光高效降解COD和抗生素，并可有效的吸附回收污水中的P元素。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术所采用的技术方案为：一种可同步去除养殖污水中的COD、抗生素和磷的吸附
‑
催化双功能材料的制备方法，主要包括以下步骤：(1)氮化碳纳米片（即超薄氮化碳纳米片）制备：以三聚氰胺为前驱体，在马弗炉中高温煅烧获得淡黄色固体；将固体研磨成粉末后再次送入马弗炉煅烧，获得氮化碳纳米片，所述氮化碳纳米片即g
‑
C3N4纳米片（也称作超薄氮化碳纳米片g
‑
C3N4）；(2) 双功能材料制备：将步骤(1)制得的g
‑
C3N4纳米片、La(NO3)3·
6H2O和柠檬酸(作为保护剂)在乙醇溶液中充分混匀后，迅速加入KOH溶液继续搅拌一段时间，然后转移至水热反应釜中，180~200 ℃下保持10~12 h，冷却后用无水乙醇和去离子水清洗，烘干，获得La(OH)3‑
C3N4吸附
‑
催化双功能材料。
[0006]步骤(1)具体为：以三聚氰胺为前驱体，在马弗炉中第一次高温煅烧制得g
‑
C3N4固体，再将g
‑
C3N4固体研磨成粉末（该粉末即g
‑
C3N4粉末）；将g
‑
C3N4粉末放入马弗炉中二次煅烧制得g
‑
C3N4纳米片（g
‑
C3N4纳米片又称作超薄g
‑
C3N4纳米片）。
[0007]步骤(2)具体为：将超薄g
‑
C3N4纳米片、La(NO3)3·
6H2O和柠檬酸(作为保护剂)在乙
醇溶液中充分混匀后，迅速加入KOH溶液继续搅拌一段时间，然后转移至水热反应釜中，180~200 ℃下保持10~12 h，冷却后用无水乙醇和去离子水清洗，烘干，获得La(OH)3‑
C3N4吸附
‑
催化双功能材料。
[0008]步骤(1)中第一次煅烧（简称为一次煅烧）必须将三聚氰胺装入带盖的氧化铝坩埚中，第二次煅烧（简称为二次煅烧）将g
‑
C3N4粉末装入不带盖的氧化铝坩埚。第一次煅烧带盖是确保三聚氰胺在坩埚中受热均匀，同时能提高氮化碳产量；第二次煅烧不带盖是需要氮化碳在空气中进行高温氧化作用，将氮化碳剥离成超薄纳米片结构。
[0009]步骤(1)中第一次煅烧温度为550~600℃，第二次煅烧温度为500~550℃。
[0010]步骤(1)中第一次煅烧时马弗炉升温速率为1~2 ℃/min，第二次煅烧时马弗炉升温速率为5~8 ℃/min。在现有的研究中，煅烧氮化碳的升温速率从5~15 ℃/min不等，氮化碳的产量也有显著差异，本专利技术中马弗炉升温速率为1~2 ℃/min，氮化碳的产量能提高5%以上；第二次煅烧过程，马弗炉升温速率不再影响氮化碳产量，设置升温速率为5~8 ℃/min是为了充分进行二次热缩聚过程，将氮化碳剥离成超薄纳米片结构。
[0011]步骤(1)中第一次煅烧时，升温至到550~600℃后保温4~5 h；第二次煅烧时，升温至到500~550℃后保温2~3 h。
[0012]步骤(2)中的g
‑
C3N4纳米片与La(NO3)3·
6H2O的质量比为2:1~4:1；柠檬酸和La(NO3)3·
6H2O物质的量比为1:1~2:1。
[0013]步骤(2)中的乙醇溶液体积分数为40%~60%。乙醇溶液由乙醇和去离子水混合而成，其中乙醇的体积分数为40%~60%。g
‑
C3N4纳米片与40%~60%乙醇溶液的质量体积比为（2
‑
4）g/（100
‑
200）mL。
[0014]步骤(2)中KOH溶液的浓度为0.2~0.4 mol
·
L
‑1，g
‑
C3N4纳米片与KOH溶液的质量体积比为（2
‑
3）g/（10
‑
20）mL。例如，当g
‑
C3N4纳米片添加量为2
‑
3g时，KOH溶液添加量为10
‑
20mL。
[0015]步骤(2)中产物需要先后用无水乙醇和去离子水各清洗4遍（即先用无水乙醇清洗4次，再用去离子水清洗4次），烘干温度为60～80 ℃，烘干时间为5～7 h。
[0016]本专利技术的又一个目的是提供所述的制备方法制得的吸附
‑
催化双功能La(OH)3‑
C3N4材料。
[0017]本专利技术的另一个目的是提供前述的吸附
‑
催化双功能La(OH)3‑
C3N4材料在同步去除养殖污水中的COD、抗生素和磷中的应用。具体步骤为：向养殖污水中加入La(OH)3‑
C3N4材料，La(OH)3‑
C3N4材料的施加量为0.1
‑
5 g
·
L
‑1，更优选地，La(OH)3‑
C3N4材料的施加量为0.2
‑
1.2g
·
L...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可同步去除养殖污水中的COD、抗生素和磷的吸附
‑
催化双功能材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)氮化碳纳米片制备：以三聚氰胺为前驱体，在马弗炉中高温煅烧获得淡黄色固体；将固体研磨成粉末后再次送入马弗炉煅烧，获得氮化碳纳米片，所述氮化碳纳米片即g
‑
C3N4纳米片；(2) 双功能材料制备：将步骤(1)制得的g
‑
C3N4纳米片、La(NO3)3·
6H2O和柠檬酸在乙醇溶液中充分混匀后，迅速加入KOH溶液继续搅拌一段时间，然后转移至水热反应釜中，180~200 ℃下保持10~12 h，冷却后用无水乙醇和去离子水清洗，烘干，获得La(OH)3‑
C3N4吸附
‑
催化双功能材料。2.根据权利要求1所述的一种可同步去除养殖污水中的COD、抗生素和磷的吸附
‑
催化双功能材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)具体为：以三聚氰胺为前驱体，在马弗炉中第一次高温煅烧制得g
‑
C3N4固体，再将g
‑
C3N4固体研磨成粉末；将g
‑
C3N4粉末放入马弗炉中二次煅烧制得g
‑
C3N4纳米片。3.根据权利要求2所述的一种可同步去除养殖污水中的COD、抗生素和磷的吸附
‑
催化双功能材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中第一次煅烧需将三聚氰胺装入带盖的氧化铝坩埚中，第二次煅烧将g
‑
C3N4粉末装入不带盖的氧化铝坩埚。4.根据权利要求2所述的一种可同步去除养殖污水中的COD、抗生素和磷的吸附
‑
催化双功能材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中第一次煅烧温度为550~600℃，第二次煅烧温度为500~550℃。5.根据权利要求2所述的一种可同步去除养殖污水中的COD、抗生素和磷的吸附
‑
催化双功能材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：何世颖，印学杰，丁陈蔓，成家辉，冯彦房，段婧婧，薛利红，杨林章，
申请(专利权)人：江苏省农业科学院，
类型：发明
国别省市：