一种五氧化二铌/石墨烯复合光催化剂及其制备方法和在降解环丙沙星中的应用技术

本发明专利技术公开了一种五氧化二铌/石墨烯复合光催化剂及其制备方法和在降解环丙沙星中的应用，属于光催化技术领域。该制备方法为制备谷氨酸功能化石墨烯量子点，然后将谷氨酸功能化石墨烯量子点与氧化石墨烯复合；再与五氧化二铌纳米粒子复合，制得五氧化二铌/石墨烯复合光催化剂。该五氧化二铌/石墨烯复合光催化剂在无氧源，可见光，滤除紫外光等条件下对环丙沙星起到优良的光催化氧化作用，制备方法操作简单，催化剂表现出良好的光活性，并且循环稳定性保持良好。稳定性保持良好。稳定性保持良好。

【技术实现步骤摘要】
一种五氧化二铌/石墨烯复合光催化剂及其制备方法和在降解环丙沙星中的应用


[0001]本专利技术属于光催化
，具体涉及一种五氧化二铌/石墨烯复合光催化剂及其制备方法和在降解环丙沙星中的应用。

技术介绍

[0002]近年来，抗生素引发的环境污染及食品安全问题越来越受到人们的关注。环丙沙星(CIP)是第二代喹诺酮类抗生素，具有广谱抗菌活性，能抵抗多种疾病，是世界上应用最广泛的抗生素之一。然而，CIP不能完全代谢分解。研究表明超过75％的CIP以未代谢的形式从活体排出，进入城市废水，最终进入全球水循环中。食品动物长期接触全球水循环中的抗生素后，这些抗生素或其代谢物有可能部分蓄积在肉和内脏里，或者进入奶、蛋等畜禽产品中，从而形成抗生素残留。而长期食用抗生素残留过高的食品会引起人体多种急慢性中毒，如：肠道菌群紊乱、过敏反应、致癌、致畸和致突变。
[0003]半导体光催化技术与传统废水处理技术相比具有反应条件温和、稳定性高、二次污染低等优势，是缓解环境污染问题极其重要的途径，是去除水中抗生素残留最有前途的有效技术。但目前即使是发布在Applied Catalysis B：Environmental上关于环丙沙星光降解的最新文献中合成的Br掺杂(BiO)2CO3光催化剂也仅降解了95％10ppm的CIP溶液(DOI：10.1016/j.apcatb.2019.117966)。d0或d
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外层价电子结构的金属氧化物对光催化反应有明显的助剂作用。其中，第V副族的元素Nb的阳离子氧化物，近年来表现出很有潜力的光催化降解性能。但目前已知Nb2O5纳米材料及其复合材料的制备方法与技术中，主要包括水热、静电纺丝、微波辅助等合成法，应用于不同形貌Nb2O5纳米材料及其复合物的制备。但是，这些技术实验步骤较为繁琐，实验条件苛刻，且现有光催化技术中还鲜少有报道五氧化二铌及其衍生物能在可见光条件下对环丙沙星进行降解的催化剂。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的问题，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种五氧化二铌/石墨烯复合光催化剂及应用，该催化剂具有较好的比表面积，在无光照条件下对环丙沙星具有一定的吸收降解作用；在光照条件下，对环丙沙星具有高效的可见光驱动降解作用。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0006]一种五氧化二铌/石墨烯复合光催化剂的制备方法，制备谷氨酸功能化石墨烯量子点，然后将谷氨酸功能化石墨烯量子点与氧化石墨烯复合；再与五氧化二铌纳米粒子复合，制得五氧化二铌/石墨烯复合光催化剂。包括以下步骤：
[0007](1)谷氨酸功能化石墨烯量子点的制备：将柠檬酸、谷氨酸、乙二胺、硼酸混合均匀，进行水热反应，制得谷氨酸功能化石墨烯量子点；
[0008](2)溶液A得制备：将氧化石墨GO超声分散在去离子水中，得到GO水溶液；将步骤(1)制备所得谷氨酸功能化石墨烯量子点超声分散在GO水溶液中，加入过氧化氢溶液后调
节溶液A的pH值；该步加入过氧化氢溶液是作为后续步骤分散铌的催化剂；
[0009](3)溶液B的制备：将NbCl5分散在乙二醇中，得到溶液B；
[0010](4)将步骤(3)制备所得溶液B缓慢滴加到步骤(2)制备所得溶液A中，快速搅拌；随后加入抗坏血酸并水浴加热；冷却后将得到的沉淀离心、洗涤和干燥；于管式炉中，氮气气氛下退火，得到五氧化二铌/石墨烯复合光催化剂。
[0011]所述五氧化二铌/石墨烯复合光催化剂的制备方法，水热反应温度为150
‑
220℃，水热反应时间为1
‑
10h，优选，170℃下水热反应2h；柠檬酸、谷氨酸、乙二胺与硼酸的摩尔比为1∶0.2∶0.5∶0.3。
[0012]所述五氧化二铌/石墨烯复合光催化剂的制备方法，制备GO水溶液时采用500
‑
1000Hz超声，GO水溶液的质量浓度为2
‑
4mg/mL；溶液A的pH为9，其中谷氨酸功能化石墨烯量子点的浓度为5
‑
10mg/mL，制备溶液A在500
‑
1000Hz条件下超声2
‑
4h。
[0013]所述五氧化二铌/石墨烯复合光催化剂的制备方法，溶液B的浓度为0.05g/mL。
[0014]所述五氧化二铌/石墨烯复合光催化剂的制备方法，步骤(4)，快速搅拌2
‑
4h，在80℃条件下水浴加热2h；抗坏血酸与氧化石墨烯的质量比为5∶1。
[0015]所述五氧化二铌/石墨烯复合光催化剂的制备方法，步骤(4)，离心的转速为6000
‑
8000rpm，离心时间为5
‑
10min；洗涤的具体步骤为使用蒸馏水洗涤3～5次；干燥的温度为60
‑
80℃，干燥时间为12
‑
20h；在氮气气氛下退火2
‑
4h，退火温度为400
‑
900℃。
[0016]上述方法制备得到的五氧化二铌/石墨烯复合光催化剂。
[0017]上述五氧化二铌/石墨烯复合光催化剂在降解环丙沙星中的应用；降解原理为：被还原后的石墨烯(RGO)拥有优良的光电性质，较大的比表面积，较好载流子迁移率。Nb2O5禁带宽度为3.4eV，拥有良好的半导体光激发产生电子空穴对及在特定环境中发生氧化还原反应的能力。光激发Nb2O5带隙产生载流子，RGO辅助这一过程，能有效抑制光生载流子复合，使电子和空穴迅速迁移到表面进行光催化反应。另外，石墨烯凝胶产生的大量的孔洞结构使材料的比表面积增大，进一步提高对反应物的吸附和催化性能。
[0018]所述五氧化二铌/石墨烯复合光催化剂在降解环丙沙星中的应用，降解的过程为：将五氧化二铌/石墨烯复合光催化剂与环丙沙星先黑暗吸附60min，达到吸附平衡，然后在300W汞灯下照射90min。
[0019]相比于现有技术，本专利技术的有益效果为：
[0020]本专利技术制各的五氧化二铌/石墨烯复合光催化剂在可见光的条件下，实现对高浓度环丙沙星溶液的转化，操作简单，提高了Nb2O5光响应范围，拓展了铌基材料在处理抗生素废水上的应用。
[0021]本专利技术制备的五氧化二铌/石墨烯复合光催化剂在无氧源，可见光条件下对环丙沙星起到优良的光催化氧化作用，制备方法操作简单，催化剂表现出良好的光活性，并且具有一定的稳定性；降解率最高可为97.2％。
附图说明
[0022]图1为实施例1制备的五氧化二铌/石墨烯复合光催化剂的SEM图；
[0023]图2为实施例1制备的五氧化二铌/石墨烯复合光催化剂的TEM图；
[0024]图3为实施例1制备的五氧化二铌/石墨烯复合光催化剂的降解紫外图；
[0025]图4为五氧化二铌/石墨烯复合光催化剂的循环实验降解率图。
具体实施方式
[0026]下面结合具体实施例对本专利技术进一步进行描述。
[0027]实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种五氧化二铌/石墨烯复合光催化剂的制备方法，其特征在于，制备谷氨酸功能化石墨烯量子点，然后将谷氨酸功能化石墨烯量子点与氧化石墨烯复合；再与五氧化二铌纳米粒子复合，制得五氧化二铌/石墨烯复合光催化剂。2.根据权利要求1所述五氧化二铌/石墨烯复合光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)谷氨酸功能化石墨烯量子点的制备：将柠檬酸、谷氨酸、乙二胺、硼酸混合均匀，进行水热反应，制得谷氨酸功能化石墨烯量子点；(2)溶液A得制备：将氧化石墨GO超声分散在去离子水中，得到GO水溶液；将步骤(1)制备所得谷氨酸功能化石墨烯量子点超声分散在GO水溶液中，加入过氧化氢溶液后调节溶液A的pH值；(3)溶液B的制备：将NbCl5分散在乙二醇中，得到溶液B；(4)将步骤(3)制备所得溶液B缓慢滴加到步骤(2)制备所得溶液A中，快速搅拌；随后加入抗坏血酸并水浴加热；冷却后将得到的沉淀离心、洗涤和干燥；于管式炉中，氮气气氛下退火，得到五氧化二铌/石墨烯复合光催化剂。3.根据权利要求2所述五氧化二铌/石墨烯复合光催化剂的制备方法，其特征在于，水热反应温度为150
‑
220℃，水热反应时间为1
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10h；柠檬酸、谷氨酸、乙二胺与硼酸的摩尔比为1∶0.2∶0.5∶0.3。4.根据权利要求2所述五氧化二铌/石墨烯复合光催化剂的制备方法，其特征在于，制备GO水溶液时采用500
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1000Hz超声，GO水溶液的质量浓度为2
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4mg/mL；溶液A的pH为9，其中谷...

【专利技术属性】
技术研发人员：李瑞怡，刘晓悦，史劲松，丁振中，龚劲松，高小燕，徐俊山，
申请(专利权)人：扬州日兴生物科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：