一种微塑料基碳量子点/石墨相氮化碳光催化剂、制备方法及其应用技术

本发明专利技术属于环境污染物资源化利用领域，具体涉及一种微塑料基碳量子点/石墨相氮化碳光催化剂、制备方法及其应用。具体为，通过温和的水热法将聚乳酸微塑料转化为碳量子点(CQDs)；将尿素和CQDs混合均匀、蒸干、煅烧后，即得CQDs/CN光催化剂。本发明专利技术光催化剂具有光吸收能力强、光生电子

【技术实现步骤摘要】
一种微塑料基碳量子点/石墨相氮化碳光催化剂、制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于环境污染物资源化利用领域，具体涉及一种微塑料基碳量子点/石墨相氮化碳光催化剂、制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]目前，随着塑料制品需求不断增长，塑料废弃物的不断增多，微塑料污染越来越引起人们的重视科学界对于微塑料的定义通常指的是直径小于5mm的塑料碎片、颗粒、纤维等，而海洋中的微塑料更是被形象地称为“海中的PM2.5”。最新研究表明，微塑料无处不在：不仅仅存在于海洋中，在淡水、土壤中也大量存在。由于微塑料体积小，比表面积大，对污染物的吸附能力强，且微塑料被误食后无法消化，这无疑会对生物和人体带来了双重危害。此外，微塑料还可以通过食物链传递、富集和转移，最终进入人体，对人体造成无法预计的危害。2018年《The New York Times》报道，欧洲联合胃肠病学周发布了一项新研究，首次确认在人体内发现了多达9种不同种类的微塑料。研究人员表示，它们可能对人体消化系统的免疫反应产生影响，也可能会协助有毒化学物质和病原体在人体中的扩散。因此，针对微塑料污染对生态系统、食品安全及公共卫生等方面带来的威胁，开发先进的微塑料治理技术已迫在眉睫。
[0003]微塑料资源化利用是在“碳循环”的理念下形成的微塑料治理方法，是一项极具发展潜力但仍处于探索初期的技术，特别是将塑料废料转化为碳量子点(CQDs)并将其应用于光催化环境治理的应用研究还十分缺乏或者仍处于空白。量子点具有较大的比表面积、光响应能力强、独特的电子态和光学吸收性能等优势，可以为催化反应提供更多的活性位点且有利于快速传质，在可见光下显示出优异的光催化降解有机污染物的能力，已经成为光催化领域新兴的研究热点。因此，将微塑料升级转化为CQDs并将其应用于光催化降解抗生素的应用研究，不仅有望解决微塑料污染问题，而且还可以处理环境中的抗生素污染问题，实现微塑料的资源化利用。
[0004]目前，在微塑料升级转化为CQDs及其在光催化降解抗生素的应用研究中目前存在两个主要问题。第一、高质量、尺寸均一的CQDs的制备较为困难。由于量子限域效应的存在，量子点的物理化学性质对量子点的大小均具有一定的依赖性。第二、CQDs表面活性较高导致其容易发生团聚。由于CQDs的尺寸相对较小，表面存在大量的缺陷，极不稳定，非常容易与其他原子集合，发生团聚。但载体材料和量子点大的比表面积、高的表面原子暴露比使它们成为构建功能化复合材料的基础。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提出一种微塑料基碳量子点/石墨相氮化碳光催化剂(CQDs/CN)的制备方法，该方法通过水热法将微塑料转化为CQDs，利用CN二维纳米片和CQDs大的比表面积、高的表面原子暴露比的特性构建CQDs/CN光催化剂，并将此催化剂应用于环境中抗生
素的降解。
[0006]本专利技术采用了以下技术方案：
[0007]一种微塑料基碳量子点/石墨相氮化碳光催化剂的制备方法，该方法包括如下步骤：
[0008]步骤1，将聚乳酸与双蒸水混合，使聚乳酸的浓度为10g/L，超声、水热、离心，得到CQDs溶液；
[0009]水热的条件是温度为200
±
50℃，反应时间为10
‑
15h；
[0010]步骤2，将步骤1中所得CQDs溶液与尿素、适量双蒸水混合，搅拌、水浴蒸干，得到CQDs/尿素混合物；CQDs溶液与尿素的用量比为0.01
‑
0.5mL/g；
[0011]步骤3，将步骤2得到的CQDs/尿素混合物置于带盖陶瓷坩埚中，空气中煅烧，煅烧结束后自然冷却至室温即得微塑料基CQDs/CN光催化剂。
[0012]经透射电子显微镜(TEM)证实，所述CQDs均匀地分散在CN纳米片上。
[0013]作为优选，步骤1中，离心速率为8000
‑
10000rpm/min，时间为3
‑
5min。
[0014]作为优选，步骤2中，尿素与双蒸水的用量比为0.1
‑
0.4g/mL。
[0015]作为优选，步骤2中，CQDs溶液与尿素、双蒸水的混合液搅拌2h
±
0.5h，水浴温度为50～80℃下水浴，水浴时间为7～10h。
[0016]作为优选，步骤3中，煅烧温度为550
±
50℃，煅烧时间为2
‑
5h，升温速率3
‑
6℃/min。
[0017]一种本专利技术所述的制备方法制得的微塑料基碳量子点/石墨相氮化碳光催化剂。
[0018]一种本专利技术所述的微塑料基碳量子点/石墨相氮化碳光催化剂在光催化降解环境中抗生素方面的应用。作为优选，该应用具体是：在光照下，在溶剂体系(优选为水)中将抗生素和CQDs/CN光催化剂混合，即可实现抗生素的去除效果。CQDs/CN光催化剂的浓度为0.5
‑
1.5mg/mL，抗生素浓度为10
‑
30mg/L。光照条件可以是自然光，优选氙灯，进一步优选为300W
±
100W的氙灯。
[0019]以带有420nm截止滤光片的300W的氙灯作为光源、盐酸四环素(TCH)为抗生素模型分子，应用测试在北京中教金源CEL
‑
LAX500光化学实验仪器中进行，溶液中TCH的浓度由紫外
‑
可见分光光度计测定。
[0020]专利技术作用与效果
[0021]本专利技术中以微塑料为碳源制备CQDs，以比表面积大的CN纳米片为载体，制备CQDs/CN光催化剂，有助于环境中微塑料的资源化利用。CQDs的引入可以提高CN的可将光光吸收能力、增强光生电子
‑
空穴对的分离效率，有效提高其光催化活性。
[0022]此外，本专利技术针对环境中抗生素污染严重的问题，提出用微塑料基CQDs/CN光催化剂光催化降解抗生素，实现环境中微塑料的去除。当CQDs溶液与尿素的用量比为0.2mL/g，CQDs/CN光催化剂光催化去除抗生素的效率最高，在可见光光照50min内即可高达79％。
[0023]本专利技术提供的微塑料基碳量子点/石墨相氮化碳光催化剂的制备方法简单、低成本、过程重复性好等特点，有利于大规模生产。
附图说明
[0024]图1是本专利技术所述实施例1
‑
4中微塑料基CQDs/CN光催化剂的制备工艺流程图；
[0025]图2是本专利技术所述对比例1中基础CN及实施例1
‑
4中微塑料基CQDs/CN光催化剂的XRD衍射图谱；
[0026]图3是本专利技术所述对比例1中基础CN及实施例3中微塑料CQDs/CN光催化剂的TEM图谱，其中，(a)为对比例1中基础CN的TEM图；(b)、(c)、(d)分别是实施例3得到的微塑料基CQDs/CN光催化剂的TEM图、局部放大TEM图及(c)中CQDs所对应的快速傅里叶变换图谱；
[0027本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微塑料基碳量子点/石墨相氮化碳光催化剂的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：步骤1，将聚乳酸与双蒸水混合，使聚乳酸的浓度为10g/L，超声、水热、离心，得到CQDs溶液；水热的条件是温度为200
±
50℃，反应时间为10
‑
15h；步骤2，将步骤1中所得CQDs溶液与尿素、适量双蒸水混合，搅拌、水浴蒸干，得到CQDs/尿素混合物；CQDs溶液与尿素的用量比为0.01
‑
0.5mL/g；步骤3，将步骤2得到的CQDs/尿素混合物置于带盖陶瓷坩埚中，空气中煅烧，煅烧结束后自然冷却至室温即得微塑料基CQDs/CN光催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤1中，离心速率为8000
‑
10000rpm/min，时间为3
‑
5min。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤2中，尿素与双蒸水的用量比为0.1
‑
0.4g/mL。4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘亚男，俞梦圆，王燕刚，李溪，
申请(专利权)人：嘉兴学院，
类型：发明
国别省市：