水华蓝藻制备光催化剂的方法及其在降解污染物中的应用技术

本发明专利技术公开了一种水华蓝藻制备光催化剂的方法及其在降解污染物中的应用，制备方法包括以下步骤：(1)、将实验室纯培养的蓝藻Ⅰ或野外采集的水华蓝藻Ⅱ预处理得到藻粉；(2)、将藻粉加入去离子水，超声分散后水热反应；(3)、反应所得溶液进行两次离心，取上层反应液经滤膜过滤，得到蓝藻碳点溶液；(4)、在硝酸铈、磷酸钠的混合溶液中加入蓝藻碳点溶液，进一步进行水热反应；(5)、反应液进行离心分离，将沉淀物先后采用去离子水、无水乙醇离心洗涤，干燥后得到碳点/氧化铈(CDs/CeO2)复合光催化剂。本发明专利技术利用水热合成法将碳点材料与氧化铈复合，针对水体污染物制备出高降解性能的光催化剂，制备工艺简单，资源化利用率高。资源化利用率高。资源化利用率高。

【技术实现步骤摘要】
水华蓝藻制备光催化剂的方法及其在降解污染物中的应用


[0001]本专利技术涉及藻类资源化利用，具体地指一种水华蓝藻制备光催化剂的方法及其在降解有机污染物中的应用。

技术介绍

[0002]近年来，随着工农业的迅速发展，生产和生活污水不断增加，大量富含氮磷等营养元素的污水未经处理或处理不充分便排入水体，导致水体富营养化问题严重，“水华”藻类(以蓝藻为主)暴发性增长。大规模的蓝藻暴发不仅使水质不断恶化，降低水资源利用效能，也引起严重的生态及景观环境破坏，而蓝藻毒素的释放更是给公众健康带来极大威胁。应对蓝藻暴发，打捞法是我国目前减轻蓝藻生态灾害和降低其再次暴发强度，保护水体生态环境最直接、最安全、最有效的应急与治理措施。对于打捞的、具有巨大生物量的蓝藻，如果能加以资源化利用，“变废为宝”，不仅可减轻水体压力，改善环境，还能缓解资源短缺问题，因而具有广阔的应用前景。
[0003]目前，针对打捞蓝藻的无害化、资源化处理主要集中在好氧堆肥、厌氧发酵、提炼生物柴油、高值物质(藻蛋白、细胞色素、多糖等)提取及应用、制备生物炭等。另外，藻类通常含有丰富的纤维素和杂原子，是杂原子掺杂碳的合适前体，有望大规模生产多孔碳。制备出的多孔碳具有发达的孔隙、可调节的微结构和稳定的化学成分，在能量储存和环境污染控制方面具有重要应用价值。
[0004]藻类富含碳，利用其为原料也可以制备纳米碳点材料，例如利用紫菜、海带、线性刚毛藻、裙带菜等大型藻类作为原料，与硫酸进行水热反应，制备得可用于敏化太阳能电池的石墨烯量子点(专利授权号CN 105967178 B)。利用螺旋藻为原料，制备出可用于荧光检测重金属离子的碳量子点(专利申请号CN 111763514 A)。
[0005]藻类资源化利用既能解决打捞蓝藻后续处理问题，同时又能将藻类转化为人类可利用的资源或能源，理论上具有良好的应用前景。若能将其蓝藻应用于光催化降解污染物领域，制备高效降解水体污染物的光催化剂，则能大大减少污染、提高资源利用率。现有技术中还未见利用水华蓝藻制备可降解污染物的光催化剂报道。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的就是要解决上述
技术介绍
的不足，提供一种工艺简单、降解效率高的水华蓝藻制备光催化剂的方法及其在降解污染物中的应用。
[0007]本专利技术的技术方案为：一种水华蓝藻制备光催化剂的方法，包括以下步骤：
[0008](1)、将实验室纯培养的蓝藻Ⅰ或野外采集的水华蓝藻Ⅱ预处理得到藻粉；
[0009](2)、将藻粉加入去离子水，超声分散，其中去离子水按每1g藻粉对应去离子水100～5000mL加入，在180～220℃条件下水热反应4～18h，反应结束后冷却至室温；
[0010](3)、将步骤(2)所得反应液进行离心后取上层溶液再次离心，取上层溶液经滤膜过滤，得到蓝藻碳点溶液；
[0011](4)、在硝酸铈、磷酸钠的混合溶液中加入步骤(3)制备所得蓝藻碳点溶液，所述混合溶液中硝酸铈浓度为10～50mmol/L、磷酸钠浓度为0.125～0.5mmol/L，所述混合溶液与蓝藻碳点溶液体积比为100:(0.5～4)，搅拌0.5～1.5h后在160～200℃条件下水热反应12～48h，反应结束后冷却至室温；
[0012](5)、将步骤(4)所得反应液进行离心分离，将沉淀物先后采用去离子水、无水乙醇离心洗涤，干燥后得到碳点/氧化铈复合光催化剂。
[0013]优选的，步骤(1)中，当采用实验室纯培养的蓝藻Ⅰ时，所述预处理包括：
[0014]藻液离心后将沉淀物采用去离子水离心洗涤，得到藻泥，将藻泥放入
‑
80℃冰箱中冷冻1～12h，再冷冻干燥、研磨，得到藻粉。
[0015]优选的，步骤(1)中，当采用野外采集的水华蓝藻Ⅱ时，所述预处理包括：
[0016]将藻液过800目筛进行浓缩，离心后将沉淀物采用去离子水离心洗涤，得到藻泥，将藻泥放入
‑
80℃冰箱中冷冻1～12h，再冷冻干燥、研磨、过60目筛，得到藻粉。
[0017]优选的，步骤(2)中，超声分散时间为30～60min。
[0018]优选的，步骤(2)中，去离子水按每1g藻粉对应离子水100mL加入，在200℃条件下水热反应12h。
[0019]优选的，步骤(4)中，所述混合溶液中硝酸铈浓度为25mmol/L、磷酸钠浓度为0.25mmol/L，在180℃条件下水热反应24h。
[0020]优选的，步骤(4)中，所述干燥为在60～100℃下烘干12～24h。
[0021]优选的，步骤(4)中，当蓝藻碳点溶液原料来自实验室纯培养的蓝藻Ⅰ时，混合溶液与蓝藻碳点溶液体积比为100:(1～4)；当蓝藻碳点溶液原料来自野外采集的水华蓝藻Ⅱ时，混合溶液与蓝藻碳点溶液体积比为100:(0.5～2)。
[0022]本专利技术还提供一种光催化剂，由以上任一水华蓝藻制备光催化剂的方法制备得到。
[0023]本专利技术还提供上述光催化剂的应用，应用于光催化降解有机污染物。
[0024]优选的，降解步骤包括：
[0025]将光催化剂加入浓度为1～5mg/L的4,5
‑
二氯
‑2‑
正辛基
‑4‑
异噻唑啉
‑3‑
酮DCOIT溶液或浓度为5～20mg/L的对羟基苯甲酸苯甲酯BzP溶液中，其中光催化剂用量按每1L的BzP溶液或DCOIT溶液对应100～1000mg加入，超声分散5min后，进行0.5～1h暗吸附，再将溶液保持在20℃条件下开启氙灯光源，光照处理10～150min，完成降解。
[0026]以上方案中：
[0027]步骤(2)中，藻粉与水水热反应的原理为：在高温高压条件下，蓝藻粉中的碳氢化合物、脂类、蛋白质等含碳物质经过水解、酰胺化、芳环化以及高聚反应等，形成的内核为SP2/SP3杂化的石墨相碳，而外部包含多种羟基或羧基官能团的零维碳纳米材料。其中反应温度和时间十分重要：温度太高会造成副反应增多，碳点产率降低的不利后果，温度太低则不利于碳点的形成，因此反应温度控制于180～220℃，优选200℃。反应时间太长会造成碳点材料的裂解离散或进一步高聚等不利后果，时间太短不利于碳材料的碳化以及进而导致的碳点产量低等不利后果，因此反应时间控制于4～18h，优选12h。
[0028]步骤(4)中，硝酸铈、磷酸钠的混合溶液与蓝藻碳点溶液水热反应的原理为：在高温高压条件下，磷酸钠分解为磷酸氢二钠和氢氧化钠，形成碱性条件。硝酸铈在此碱性条件
下，进一步氧化形成氧化铈(CeO2)，并在形成过程中与加入的碳点材料(CDs)原位复合，形成复合催化剂(CDs/CeO2)。其中反应温度和时间十分重要：温度太高会造成反应过快，形成的材料颗粒过大甚至形貌被破坏，比表面积变小，性能变差的不利后果，温度太低会造成反应过慢，合成材料的结晶度不高，晶格缺陷较多，性能差等的不利后果，因此反应温度控制于160～200℃，优选18本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水华蓝藻制备光催化剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、将实验室纯培养的蓝藻Ⅰ或野外采集的水华蓝藻Ⅱ预处理得到藻粉；(2)、将藻粉加入去离子水，超声分散，其中去离子水按每1g藻粉对应去离子水100～5000mL加入，在180～220℃条件下水热反应4～18h，反应结束后冷却至室温；(3)、将步骤(2)所得反应液进行离心后取上层溶液，再次离心，取上层溶液经滤膜过滤，得到蓝藻碳点溶液；(4)、在硝酸铈、磷酸钠的混合溶液中加入步骤(3)制备所得蓝藻碳点溶液，所述混合溶液中硝酸铈浓度为10～50mmol/L、磷酸钠浓度为0.125～0.5mmol/L，所述混合溶液与蓝藻碳点溶液体积比为100:(0.5～4)，搅拌0.5～1.5h后在160～200℃条件下水热反应12～48h，反应结束后冷却至室温；(5)、将步骤(4)所得反应液进行离心分离，将沉淀物先后采用去离子水、无水乙醇离心洗涤，干燥后得到碳点/氧化铈复合光催化剂。2.如权利要求1所述水华蓝藻制备光催化剂的方法，其特征在于，步骤(1)中，当采用实验室纯培养的蓝藻Ⅰ时，所述预处理包括：藻液离心后将沉淀物采用去离子水离心洗涤，得到藻泥，将藻泥放入
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80℃冰箱中冷冻1～12h，再冷冻干燥、研磨，得到藻粉。3.如权利要求1所述水华蓝藻制备光催化剂的方法，其特征在于，步骤(1)中，当采用野外采集的水华蓝藻Ⅱ时，所述预处理包括：将藻液过800目筛进行浓缩，离心后将沉淀物采用去离子水离心洗涤，得到藻泥，将藻泥放入
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80℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈联国，
申请(专利权)人：中国科学院水生生物研究所，
类型：发明
国别省市：