一种基于自然光降解抗生素的高效催化材料及其制备与应用制造技术

本发明专利技术涉及一种基于自然光降解抗生素的高效催化材料及其制备与应用，制备方法包括以下步骤：将卤化钙和纳米TiO2分别溶解于碱性溶液中，得到混合溶液，然后放入不锈钢高压釜中，在马弗炉180～220℃高温热处理24

【技术实现步骤摘要】
一种基于自然光降解抗生素的高效催化材料及其制备与应用


[0001]本专利技术属于环境修复与新污染物治理领域，具体涉及一种基于自然光降解抗生素的高效催化材料及其制备与应用。

技术介绍

[0002]随着人类生活的质量提高和科技的快速发展，全球水污染和水资源短缺问题日益严重，水资源变得越发珍贵。目前，常见的水污染处理技术有化学沉淀法、电化学降解、膜分离、光催化降解、生物吸附等，其中光催化降解技术由于其操作简便、实验条件温和、能将底物彻底矿化成无毒无害物质、无二次污染等优势在众多水污染处理技术中脱颖而出。
[0003]在众多的光催化剂中，可见光活性钛酸钙钛矿具有优异的电子结构、高效能的光生电子(e
‑
)和空穴对(h
+
)，使得其对太阳光的利用率大幅提升。但是，单一钙钛矿的e
‑
/h
+
易复合，不利于其工业应用。因此，为了提高钙钛矿的光降解活性，学者们通过各种方法对其进行改性以提高降解效率。
[0004]在光催化应用中，碳纳米材料可以通过捕获电子抑制e
‑
/h
+
复合。GO作为一种碳纳米材料，具有二维平面结构，优异的机械强度和稳定性，导电性能优异，可以有效促进电荷分离，在可见光和近红外区域有着良好的透光性。由于这些特性，使得GO比其他材料更具优势。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于自然光降解抗生素的高效催化材料及其制备与应用，以解决现有技术存在的问题。
[0006]一种基于自然光降解抗生素的高效催化材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)将卤化钙和纳米TiO2分别溶解于碱性溶液中，得到混合溶液，然后放入不锈钢高压釜中，在马弗炉180～220℃高温热处理24
ꢀ‑
48h后洗涤多次，然后干燥(优选60℃)，得到立方体的钛酸钙；
[0008](2)将步骤(1)所得立方体的钛酸钙与GO混合研磨。
[0009]优选的，卤化钙、纳米TiO2和碱性溶剂投入的质量比为(1.5～2)：1：(33～34)：
[0010]优选的，所述GO和立方体的钛酸钙的质量比值为(0.05～0.2)：(0.8～1)。GO和立方体的钛酸钙的质量比优选85％CTO：15％GO。
[0011]优选的，所述卤化钙为氯化钙；所述碱性溶液包括氢氧化钠溶液。
[0012]上述制备方法得到的基于自然光降解抗生素的高效催化材料。
[0013]上述基于自然光降解抗生素的高效催化材料的应用，用于抗生素的降解。
[0014]上述基于自然光降解抗生素的高效催化材料的应用，用于污水处理。
[0015]一种降解抗生素的方法，包括步骤：在含抗生素水溶液中加入上述基于自然光降解抗生素的高效催化材料降解反应。
[0016]优选的，所述高效催化材料的浓度为2g/L。
[0017]优选的，所述降解反应的光源可以为400nm～760nm的LED灯，300W氙灯以及户外日照光中的一种或几种。
[0018]优选的，所述含有抗生素水溶液的pH为2
‑
11。
[0019]本专利技术钛酸钙制备方法操作简单，不用调节pH或控制温度等，制备过程中的温度较低，温度不超过200℃。制备的过程中光催化无需在厌氧/有氧氛围中进行。
[0020]负载为氧化石墨烯。氧化石墨烯是石墨向石墨烯转变过程中的一种衍生物，与石墨烯对比，氧化石墨烯具有更丰富的功能基团、高化学活性、高吸附性能及可协调的光电性能。氧化石墨烯(GO)相较于石墨烯和还原石墨烯，含有更为丰富的如
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OH、
‑
COOH、
‑
O
‑
等官能团，这些官能团赋予了GO更好的分散性、亲水性、化学稳定性和与聚合物相互作用性等，这些性能使得GO能更好的与钛酸钙复合在一起，也让GO更好的分散在水中，丰富的含氧官能团让其更好的吸附水污染物。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的CTO@GO在自然光下通过吸附
‑
光催化协同效应降解新污染物，氧化石墨烯的丰富官能团可以有效吸附污染物，使其与催化剂紧密吸附，提高光了催化过程中的活性自由基对新污染物的去除速率。此外，本专利技术的立方体钛酸钙尺寸大小为20～30nm，使得电子
‑
空穴对具有更强的氧化还原能力，减小了空穴与电子复合的几率，大大提高了催化活性。本专利技术的光催化剂无毒无害，降解后氟离子分布在催化剂表面，降解后的溶液产物毒性降低，绿色环保。可广泛用于抗生素的降解。本专利技术的制备方法简单，仅通过两步法就能合成CTO@GO，合成方法简单，无需添加金属催化。
附图说明
[0022]图1为CTO@GO的外观形貌图；
[0023]图2为CaTiO3的扫描电镜图；
[0024]图3为光催化剂CTO@GO的X射线粉末衍射图；
[0025]图4为光催化剂CTO@GO的Zeta电位图；
[0026]图5为光催化剂CTO@GO的循环性能图；
[0027]图6为光催化剂CTO@GO降解前后的XPS谱图，其中a为光催化剂CTO@GO降解前后C1s谱图，b为光催化剂CTO@GO降解前后F1s谱图，c为光催化剂CTO@GO降解前后的全谱图；
[0028]图7为光催化剂CTO@GO降解前后的EDS能谱图；
[0029]图8为自由基和空穴捕获实验图；
[0030]图9为CTO@GO光降解氟苯尼考的路径图；
[0031]图10为CTO@GO降解前后的傅里叶红外光谱图(FTIR)；
[0032]图11溶液pH对商用钛酸钙负载15％GO去除氟苯尼考性能图(a)，溶液pH对CTO@15％ GO光催化剂去除氟苯尼考性能图(b)，两种不同的钛酸钙负载氧化石墨烯去除不同抗生素的性能图(c)；
[0033]图12为本专利技术不同GO添加量对去除氟苯尼考性能关系图；
[0034]图13为本专利技术不同投加量对去除氟苯尼考性能关系图；
[0035]图14为本专利技术在不同光源条件下去除其他抗生素性能关系图。
具体实施方式
[0036]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步地详细描述。
[0037]实施例1
[0038]一种基于自然光降解抗生素的高效催化材料合成方法，包括以下步骤：
[0039](1)将0.3663g CaCl2、0.2396g P25、8g NaOH分别溶于20、20和40mL去离子水中，溶液分别记为A、B、C，随后分别将B和C依次加入A，得到的混合溶液放入马弗炉200℃高热处理24h，随后洗涤多次去除杂质离子，干燥，制备得到纳米立方体钛酸钙。
[0040](2)将纳米立方体钛酸钙与15％GO(比如制备1g的材料，那么就是0.85gCTO+0.15gGO)，研磨混合得到CTO@GO。
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于自然光降解抗生素的高效催化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将卤化钙和纳米TiO2分别溶解于碱性溶液中，得到混合溶液，然后放入不锈钢高压釜中，在马弗炉180～220℃高温热处理24
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48h后洗涤多次，然后干燥，得到立方体的钛酸钙；(2)将步骤(1)所得立方体的钛酸钙与GO混合研磨。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，卤化钙、纳米TiO2和碱性溶剂投入的质量比为(1.5～2)：1：(33～34)。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述GO和立方体的钛酸钙的质量比值为(0.05～0.2)：(0.8～1)。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的制备方法得到的基于自然光降解抗生素的高效催化材料。5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：王铁宇，黄楚婕，郑雷，郑祉欣，简经鑫，佟庆笑，
申请(专利权)人：汕头大学，
类型：发明
国别省市：