一种降解四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四环素的光催化剂及其制备方法。所述制备方法包括：S1、oCN的合成：将尿素和草酸在陶瓷坩埚中混合，置于煅烧炉中，在550℃高温下升温煅烧3h；煅烧后的产物研磨成粉即成oCN；S2、oCN/ZIS的合成：将oCN分散于乙醇中，超声处理溶解；将ZnCl2和InCl3·

【技术实现步骤摘要】
一种降解四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四环素的光催化剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]目前，抗生素滥用问题日益突出。抗生素作为一种新型污染物，在世界许多地区的地表、土壤和自然水资源等各种环境介质中广泛存在。由于抗生素被故意释放到环境中，且抗生素废水缺乏有效的处理办法，故抗生素污染对水生和陆地生态系统已构成严重的环境威胁。四环素是一种广谱抗生素，可抑制细菌蛋白质的合成。大量的四环素外泄危害了人类的生存环境和人体健康。
[0003]为了缓解这种情况，人们开发了许多有效的方法来处理抗生素污染，如吸附法、絮凝法和高级氧化法等。光催化是产生高氧化自由基的高级氧化过程之一。传统的光催化剂（如TiO2, ZnO和SrTiO3）对可见光的响应能力有限，其带隙宽，光电子
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空穴对快速复合，导致太阳能利用效率低，在实际应用过程中受到很大的限制。
[0004]近年来，各种半导体材料已被用于光催化，其中金属硫化物因其在可见光区域的强吸收性而被认为是一种很好的候选材料。作为一种化学稳定性较高的三元金属硫化物半导体光催化剂，ZnIn2S4（ZIS）不仅具有与可见光吸收相对应的合适带隙（~2.4eV），而且还具有化学性能稳定、对环境无污染等许多优异性能。但由于ZIS分离效率低，迁移率差，阻碍了光激发载流子（电子和空穴）的有效分离，因此仍需进一步提高ZIS的光催化性能。目前已知的提高ZIS光催化活性的方法包括掺杂金属或非金属元素、控制形貌、与碳材料偶联以及构建异质结等多种方式。
[0005]g
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C3N4被用作无金属聚合物半导体的高效光催化剂，但由于g
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C3N4的活性中心差，可见光利用率有限，载流子快速重组，导致其光催化活性仍不尽如人意。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的就是提供一种降解四环素的光催化剂及其制备方法，以解决使用四环素导致的抗生素污染问题。
[0007]本专利技术的目的是这样实现的：一种降解四环素的光催化剂的制备方法，包括以下步骤：S1、oCN的合成：将10g尿素和1g草酸在陶瓷坩埚中混合，置于煅烧炉中，在550℃高温下，以5℃/min的升温速率，煅烧3h；煅烧后的产物研磨成粉，即成oCN。
[0008]S2、光催化剂oCN/ZIS的合成：将10mg~120mg的oCN分散于27mL的乙醇中，超声处理至完全溶解；将1mmol的ZnCl2和2mmol的InCl3·
4H2O混合在上述溶液中，搅拌0.5h，得到均质溶液；将8mmol的硫代乙酰胺（TAA）分散到混合溶液中，搅拌0.5h，将混合溶液转移到特氟龙内衬钢高压釜中，160℃保存24h，在冷却至室温后，用去离子水和乙醇洗涤若干次，在70℃的真空烘箱中干燥12h，即得到光催化剂——oCN/ZIS。
[0009]本专利技术的目的还可这样实现：一种降解四环素的光催化剂，所述光催化剂是采用上述制备方法制备而成。
[0010]本专利技术将胺化花状的 ZIS与功能化的oCN结合，通过脱水合成法制备成为oCN/ZIS光催化剂。由SEM图和TEM图表明，oCN和ZIS成功结合，XRD和FT
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IR分别对复合材料的特征峰和官能团进行分析，表明所制备的oCN/ZIS复合材料是成功的。利用XPS进一步说明了oCN与ZIS之间强烈的化学相关性以及异质结的形成。物化性质方面，通过DRS谱及Eg计算表明，光催化剂oCN/ZIS复合材料间存在相互作用，发光光谱显示oCN/ZIS复合材料具有较高的光致电子和空穴分离效率，同时复合材料还具有更高的比表面积，其瞬态光电流响应、EIS Nyquist谱和Mott
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Schottky谱，oCN/ZIS光催化载体的生成、分离和迁移能力均有大幅提高，从而使得oCN/ZIS的光催化活性高于合成前的两种载体（oCN和ZIS）。光催化剂oCN/ZIS对四环素的光催化降解，具有明显的降解速率，oCN/ZIS（1:20）复合材料的k值是oCN的2.78倍，是ZIS和1.51倍。通过官能团吸收光的增加以及oCN和ZIS之间的紧密连接，被认为是影响降解率的主要因素。结果显示了一种构建基于g
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C3N4的光催化体系的平台技术，其中g
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C3N4与其他半导体通过共价键连接。
[0011]本专利技术合成了一种新型的O
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g
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C3N4/ZnIn2S4异质结光催化剂，证明其中氧空位的存在，最大程度的发挥了两者的优势，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。
[0012]本专利技术通过氧掺杂g
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C3N4和ZIS，成功地构建了一种高效异质结光催化剂O
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g
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C3N4/ZnIn2S4（oCN/ZIS）。ZnIn2S4与O
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g
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C3N4之间形成了大量具有势梯度的异质界面，有利于光生载流子的迁移。通过一系列实验验证了反应的光催化机理。复合oCN/ZIS结构可提供较大的界面面积，以实现电荷的快速分离，从而提高载流子的分离效率。本专利技术有望为可见光驱动的高效电荷转移光催化剂的合成提供一种新思路。
附图说明
[0013]图1是各种材料的电镜图；其中，(a)是oCN；(b)是ZIS；(c)是oCN/ZIS （1:40）；(d)是oCN/ZIS（1:20）；(e)是oCN/ZIS（1:10）；(f)是oCN/ZIS（1:5）；(g)是oCN/ZIS（2:5）的扫描电镜显微图；(h)TEM的显微照片；(i)是oCN/ZIS（1:20）的HRTEM显微照片；(j)
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(p)的oCN/ZIS（1:20）的元素映射图。
[0014]图2是各种材料的化学表征图；其中，(a)是制备样品的XRD图谱；(b)是FT
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IR光谱；(c)是oCN、ZIS和oCN/ZIS的XPS测量谱；(d)是C 1s；(e)是N 1s；(f)是O 1s；(g)是Zn 2p；(h)是三维；(i)是S 2p的XPS高分辨率谱。
[0015]图3是oCN、ZIS和oCN/ZIS的光学表征图；其中，(a) 是UV
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Vis DRS；(b)是带隙计算；(c)是246nm激发下oCN、ZIS和oCN/ZIS的发光谱，oCN、ZIS和oCN/ZIS纳米复合材料比表面积和孔径分布的表征；(d)是氮吸附
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解吸等温线，采用BJH方法从等温线吸附分支计算孔径分布。
[0016]图4是oCN、ZIS和oCN/ZIS复合材料的电化学表征图：其中，(a)是EIS，(b)是TPR， (c)是 Mott
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Schottky图，(d)是原始和反应后的oCN/ZIS的XRD图谱比较。
[0017]图5是可见光辐照下四环素（30 mg/L）的光催化降解图；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种降解四环素的光催化剂的制备方法，其特征是，包括以下步骤：S1、oCN的合成：将10g尿素和1g草酸在陶瓷坩埚中混合，置于煅烧炉中，在550℃高温下，以5℃/min的升温速率，煅烧3h；煅烧后的产物研磨成粉，即成oCN；S2、光催化剂oCN/ZIS的合成：将10mg~120mg的oCN分散于27mL的乙醇中，超声处理至完全溶解；将1mmol的ZnCl2和2mmol的InCl3·

【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：