一种降解多西环素的光催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种降解多西环素的光催化剂及其制备方法。所述制备方法包括：S1、MIL

【技术实现步骤摘要】
一种降解多西环素的光催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种光催化剂，具体地说是一种降解多西环素的光催化剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]目前，由于过度追求经济利益，抗生素在畜牧业和水产养殖中的使用越来越普遍，这就不可避免地导致大量抗生素残留在土壤、地表水、饮用水和动物源性食品中。多西环素是一种四环素类抗生素，通常用于对抗人类和动物的细菌感染。然而，抗生素的无节制地使用，不仅增加了细菌的耐药性，而且给生态环境带来巨大的负担，也给人类的生存环境带来严重的威胁。
[0003]从水中去除四环素的常用方法一般包括生物处理、吸附、臭氧化和高级氧化法等。其中，高级氧化法对抗生素的降解效果比较明显。高级氧化方法包括光催化氧化、臭氧氧化、Fenton氧化、过硫酸盐氧化和电化学氧化等。而光催化氧化是以半导体为催化剂，利用太阳能分解有机污染物的一种污染物降解技术。已知的光催化剂包括ZnO、TiO、WO3、g
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C3N4、In2O3和Ag3PO4等。然而，由于载流子复合率高、稳定性差、光能利用率低的局限性，使得这类光催化剂对可见光的响应性有限，在实际应用过程中会受到很大的限制。
[0004]Ag3PO4具有较强的氧化性，可在阳光照射下分解溶解在水中的有机化合物。然而，Ag3PO4微溶于水，稳定性差，在光催化过程中容易被光蚀刻成银。这些因素的存在降低了Ag3PO4的光催化活性和结构稳定性，限制了其在实际工艺中的应用。
[0005]提高Ag3PO4光催化性能的方法有控制晶体形态、面形工程、离子掺杂、与另一种半导体耦合等方式。这些方式都是通过加速载流子的输运速率以及促进光生电子
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空穴的分离来提高Ag3PO4的光催化活性。异质结的构建是通过调整光致电子和空穴在异质结中的迁移路径来延长载流子寿命的有效策略。这种光催化作用能在一定程度上促进Ag3PO4的光生电子空穴的分离，但其氧化还原能力仍不理想。
[0006]In2O3是一种n型透明半导体功能材料，具有带隙宽、电阻率小、催化活性高等特点，但由于其载体复合率高，因而极大地限制了在光催化降解污染物方面的应用。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的就是提供一种降解多西环素的光催化剂及其制备方法，以解决多西环素的使用所造成的抗生素污染问题。
[0008]本专利技术的目的是这样实现的：一种降解多西环素的光催化剂的制备方法，包括以下步骤：S1、MIL
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68(In)的合成：将120mg的In(NO3)3·
5H2O溶解于40mL的N,N
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二甲苯酰胺（DMF）中，在超声波中完全溶解；再加入120mg对苯二甲酸，用超声波溶解；在120℃油浴中反应40min，冷却至室温，离心后用乙醇洗涤沉淀物三次，即得到MIL
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68(in)；S2、In2O3/Ag3PO4的合成：将0.5g的MIL
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68(In)与12~304mg的Ag3PO4溶解在50mL的
H2O中，形成A溶液；将10~254mg的Na2HPO4溶于50mL的H2O中，形成B溶液；将A溶液与B溶液混合搅拌2h，用水和乙醇各洗涤一次后，在60℃下真空干燥10h；将干燥物置于煅烧炉中，在400℃下，以3℃/min的升温速率煅烧3h，即得到本专利技术光催化剂——In2O3/Ag3PO4。
[0009]本专利技术的目的还可这样实现：一种降解多西环素的光催化剂，所述光催化剂是采用上述制备方法制备而成。
[0010]本专利技术制备合成了一种新型的光催化剂In2O3/Ag3PO4。通过合成In2O3/Ag3PO4异质结光催化剂，证明其中氧空位的存在，从而最大程度地发挥了两者优势，提高了对可见光的响应，揭示了光生电荷迁移的机理，实现了光生载流子的有效分离。本专利技术通过以多西环素为目标污染物，研究了光催化剂的载体分离效率、光稳定性和光催化活性。结果表明，在可见光照射下，本专利技术光催化剂对多西环素具有较高的分解效率和良好的稳定性。通过DFT计算和实验数据分析，揭示了本专利技术光催化剂的光致电荷迁移的机理。异质结的成功合成极大地促进了光生电子
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空穴对的迁移和分离，从而提高了其光催化活性，完成了对污染物的降解。
[0011]本专利技术制备了不同质量比的In2O3/Ag3PO4非均相光催化剂。通过SEM、TEM、XRD、FTIR、XPS和UV
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vis等手段研究了In2O3/Ag3PO4的微观结构、表面形貌、化学状态和光学性能。此外，利用瞬态光电流响应、EIS Nyquist光谱和Mott
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Schottky光谱研究了In2O3/Ag3PO4异质结的光催化活性。结果表明，In2O3/Ag3PO4复合材料具有最佳的光载流子生成和输运能力，其光催化活性远高于纯In2O3和Ag3PO4。此外，光催化降解实验表明，可见光照射下，当In2O3/Ag3PO4质量比为1:2时，多西环素的降解率最大，且In2O3/Ag3PO4的反应速率最高，分别是In2O3和Ag3PO4的6.94倍和4.7倍。本专利技术的研究结果对设计和开发高效可见光响应光催化剂具有指导意义，在环境保护方面具有市场应用前景。
附图说明
[0012]图1是各种材料的电镜图；其中，(a)是Ag3PO4，(b)是In2O3，(c)是In2O3/Ag3PO4（5:1），(d) 是In2O3/Ag3PO4（2:1），(e)是In2O3/Ag3PO4（1:1），(f)是In2O3/Ag3PO4（1:2），(g)是In2O3/Ag3PO4（1:5），(h)~(i)是In2O3/Ag3PO4的TEM显微图（1:2），(j)~(n)是In2O3/Ag3PO4的元素图（1:2）。
[0013]图2是 In2O3、Ag3PO4和In2O3/Ag3PO4纳米复合材料的XRD谱图。
[0014]图3是In2O3、Ag3PO4和本专利技术光催化剂的化学表征图；其中，(a)是In2O3、Ag3PO4与本专利技术光催化剂的FTIR图；In2O3、Ag3PO4和In2O3/Ag3PO4这三种纳米复合材料的XPS光谱：(b) 是survey，(c)是O 1s，(d)是P 2p，(e) 是In 3d，(f)是 Ag 3d。
[0015]图4是In2O3、Ag3PO4与本专利技术光催化剂的光学表征图；其中，(a)是 UV
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Vis漫反射光谱(DRS)图；(b)是In2O3的带隙计算；(c) 是Ag3PO4的带隙计算；(d) 是In2O3、Ag3PO4以及本专利技术光催化剂的光致发光光谱；(e)是氮气吸附
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解吸等温线图；(f)采用Barrett
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Joyner
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Halenda（BJH）方法计算等温线吸附分支的孔径分布图。
[0016]图5是In2O3、Ag3PO4与本专利技术光催化剂的电化学表征图；其中，(a)是电化学阻抗谱（EIS）图；(b)是瞬态光电流响应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种降解多西环素的光催化剂的制备方法，其特征是，包括以下步骤：S1、MIL
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68(In)的合成：将120mg的In(NO3)3·
5H2O溶解于40mL的N,N
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二甲苯酰胺（DMF）中，在超声波中完全溶解；再加入120mg对苯二甲酸，用超声波溶解；在120℃油浴中反应40min，冷却至室温，离心后用乙醇洗涤沉淀物三次，即得到MIL
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68(in)；S2、In2O3/Ag3PO4的合成：将0.5...

【专利技术属性】
技术研发人员：李春花，师钰博，纪以欣，赵志磊，方立德，
申请(专利权)人：河北大学，
类型：发明
国别省市：