一种Z-型氮化碳异质结光催化剂及其制备方法和抗菌应用技术

本发明专利技术公开了一种Z

【技术实现步骤摘要】
一种Z
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型氮化碳异质结光催化剂及其制备方法和抗菌应用


[0001]本专利技术属于复合材料
，具体涉及一种Z
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型氮化碳异质结光催化剂及其制备方法和抗菌应用。

技术介绍

[0002]工业化发展以及人口快速增长所引发的微生物污染始终威胁着人类的健康。尤其是抗生素滥用导致了耐药菌的出现，这对新型细菌消毒策略的开发提出了更苛刻的要求。
[0003]目前，光催化消毒技术，由于其高效、节能、经济等优势，被认为是一种很有前景的消毒策略。目前，金属基的复合光催化剂表现出了优异光催化消毒性能，但不可避免地在应用过程中造成二次污染。因此，开发高效、绿色的无金属复合光催化剂用于水环境中的细菌消毒至关重要。
[0004]自从2009年，Wang等人开创性的发现了石墨相氮化碳可在助催化剂的辅助下利用可见光实现光催化分解水。此后石墨相氮化碳光催化剂的开发与应用引起了广大研究人员的兴趣。石墨相氮化碳能够在可见光驱动下产生电子
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空穴对，进而与其表面的O2和H2O分子发生氧化还原反应生成多种活性氧(ROS)。众所周知，活性氧是一种强氧化剂，具有广泛杀灭微生物的作用。因此，氮化碳在光催化细菌消毒领域被认为是最有前途的无金属光催化剂之一。然而，单纯的氮化碳作为光催化消毒剂时，仍存在可见光利用率低、光生电子和空穴复合率高、比表面积小、光催化消毒效率低等不足，无法满足实际的应用需求。因此，国内外研究学者探索了大量的改性策略，如形貌调控、元素掺杂、异质结构建等。
[0005]其中，异质结构建是制备高光催化活性石墨相氮化碳基复合光催化剂有效策略。已有的异质结构建多采用金属化合物作为配体与氮化碳复合，如申请号为202011151586.3，202010938845.0，202110668339.9，202210527800.3的异质结复合光催化剂的制备。尽管它们的光催化活性得到了一定的提升，但制备成本相对较高，且容易引发二次污染。此外，也有一些无金属的同质异质结氮化碳基光催化剂被开发出来，如专利申请号为201810403004.2，202111354174.4，202210445853.0的同型异质结复合氮化碳光催化剂，分别应用于废气催化处理、光催化产氢，有机污染物处理和合成过氧化氢等，很少见应用于光催化细菌消毒。此外，尽管异质结的促进了光生载流子的分离传输，但并未明确异质结的载流子传输类型。目前，由于Z
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型异质结的构建对于光催化活性的提升效果显著，因此，开发一种光生载流子传输类型为Z
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型的同型异质结复合光催化剂并应用于光催化细菌消毒领域具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0006]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种可用于光催化细菌消毒的Z
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型氮化碳异质结光催化剂；本专利技术的另一个目的在于提供一种制备工艺简单、生产成本低的Z
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型氮化碳异质结光催化剂的制备方法；该方法制备的Z
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型氮化碳异质结光催化剂能够应用于光催化细菌消毒。
[0007]本专利技术采用了如下具体的技术方案：
[0008]一种Z
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型氮化碳异质结光催化剂，所述的光催化剂是有氮化碳纳米片和氮化碳量子点组成，氮化碳量子点能够分散负载于氮化碳纳米片表面，两种组分之间形成了Z
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型异质结。
[0009]上述Z
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型氮化碳异质结光催化剂，所述的光催化剂中氮化碳纳米片是以三聚氰胺和三聚氰酸为原料，通过煅烧聚合制备；将氮化碳纳米片与尿素/柠檬酸钠的混合物进行煅烧，使得氮化碳量子点分散在氮化碳纳米片上，得到Z
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型氮化碳异质结光催化剂。
[0010]为实现上述目的，本专利技术提出一种氮化碳异质结光催化剂，其通过如下方法制备得到：
[0011](1)取三聚氰胺和三聚氰酸混合，煅烧，制得氮化碳纳米片的粗产品；
[0012](2)使用水和乙醇洗涤氮化碳纳米片的粗产品，冷冻干燥，获得氮化碳纳米片；
[0013](3)将尿素和柠檬酸钠混合，制得混合物，将混合物与氮化碳纳米片混匀，煅烧，制得Z
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型氮化碳异质结光催化剂的粗产品；
[0014](4)洗涤Z
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型氮化碳异质结光催化剂的粗产品，冷冻干燥，获得Z
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型氮化碳异质结光催化剂。
[0015]进一步的，步骤(1)中三聚氰胺和三聚氰酸的摩尔比为(0.5～2)：1，具体可选为1：1。
[0016]进一步的，步骤(1)中煅烧温度为450～650℃，具体可选为550℃。
[0017]进一步的，步骤(1)中煅烧时间为3～5h，具体可选为4h。
[0018]进一步的，步骤(3)中尿素和柠檬酸钠的摩尔比为(2～4)：1，具体可选为3～1。
[0019]进一步的，步骤(3)中混合物与氮化碳纳米片的质量比为(0.05～1)：0.5。
[0020]优选的，步骤(3)中混合物与氮化碳纳米片的质量比为(0.3～0.8)：0.5。
[0021]具体可选的，步骤(3)中混合物与氮化碳纳米片的质量比为0.474：0.5。
[0022]进一步的，步骤(3)中煅烧温度为150～250℃，具体可选为180℃。
[0023]进一步的，步骤(3)中煅烧时间为1～5h，具体可选为2h。
[0024]本专利技术进一步提出了上述Z
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型氮化碳异质结光催化剂在非人体环境的细菌消毒领域中的应用，具体步骤如下：
[0025]将Z
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型的氮化碳异质结光催化剂分散在水中，并与细菌悬液混匀，然后在光源下照射进行光催化反应，对细菌光催化灭活。
[0026]进一步的，所述的Z
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型的氮化碳异质结光催化剂的添加剂量为0.05mg/mL～0.4mg/mL。
[0027]进一步的，光源为350w氙灯(λ＞420nm)。
[0028]进一步的，上述的细菌悬液中的细菌为金黄色葡萄球菌或大肠杆菌的一种或多种。
[0029]进一步的，细菌菌液浓度为1
×
102～9
×
108CFU/mL。
[0030]优选的，细菌菌液浓度为3
×
105～3
×
108CFU/mL。
[0031]进一步的，光催化反应的搅拌速度为300rpm～600rpm，光催化反应的时间为0.5h～6h。
[0032]一种具于Z
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型氮化碳异质结光催化剂的在非人体环境下的金黄色葡萄球菌灭活
方法，具体步骤如下：
[0033]将上述制备的Z
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型的氮化碳异质结光催化剂分散在水中，并与金黄色葡萄球菌悬液混匀，然后在光源下照射进行光催化反应，对金黄色葡萄球菌光催化灭活。
[0034]进一步的，所述的Z
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Z
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型氮化碳异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，制备过程如下：(1)取三聚氰胺和三聚氰酸混合，煅烧，制得氮化碳纳米片的粗产品；(2)使用水和乙醇洗涤氮化碳纳米片的粗产品，冷冻干燥，获得氮化碳纳米片；(3)将尿素和柠檬酸钠混合，制得混合物，将混合物与氮化碳纳米片混匀，煅烧，制得Z
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型氮化碳异质结光催化剂的粗产品；(4)洗涤Z
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型氮化碳异质结光催化剂的粗产品，冷冻干燥，获得Z
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型氮化碳异质结光催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中三聚氰胺和三聚氰酸的摩尔比为(0.5～2)：1。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中煅烧温度为450～650℃，煅烧时间为3～5h。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中尿素和柠檬酸钠的摩尔比为(2～4)：1。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙秀兰，杨星星，郑佳玉，范明红，盛利娜，孙嘉笛，叶永丽，耿树香，宁德鲁，张银志，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：