竹茎生物碳量子点修饰Bi4Ti3O12复合光催化剂的制备及其应用制造技术

本发明专利技术属于环境材料制备技术领域，具体涉及竹茎生物碳量子点修饰Bi4Ti3O12复合光催化剂的制备及其应用。本发明专利技术制备竹茎生物碳量子点修饰Bi4Ti3O12复合光催化剂的方法具体如下：首先，以竹茎粉末为碳源，通过水热法合成竹茎生物碳量子点；然后，以氧化铋和P25为原料，放入管式炉/马弗炉煅烧得到Bi4Ti3O12材料；最后，加入竹茎生物碳量子点和Bi4Ti3O12于一定量乙醇中，超声后将乙醇蒸干，放入管式炉中煅烧，得到竹茎生物碳量子点修饰Bi4Ti3O12复合光催化剂。本发明专利技术以竹茎为生物碳源，采用一步水热法得到了竹茎生物碳量子点，相比传统工艺更为绿色、经济、环保；并且制备的复合光催化剂，能够有效利用可见光在抗生素废水中降解环丙沙星，作为环丙沙星废水处理技术有广阔的应用前景。

Preparation and application of stalk bio carbon quantum dot modified Bi4Ti3O12 composite photocatalyst

The invention belongs to the technical field of environmental material preparation, preparation and application in particular to stalk the biological carbon quantum dot modified Bi4Ti3O12 composite photocatalyst. The method for preparing stalk bio carbon quantum dot modified Bi4Ti3O12 photocatalyst is as follows: firstly, to stalk powder as the carbon source, through the hydrothermal synthesis of stalk bio carbon quantum dots; then, using bismuth oxide and P25 as raw materials, in the tube furnace / muffle furnace calcination to Bi4Ti3O12 materials; finally. Join the stalk biological carbon quantum dots and Bi4Ti3O12 in a certain amount of ethanol, ultrasonic after evaporating alcohol into the tube, calcining furnace, get the stalk bio carbon quantum dot modified Bi4Ti3O12 composite photocatalyst. The present invention is to stalk the biological carbon source, biological stalk carbon quantum dots is obtained by a one-step hydrothermal method is more green, economical and environmentally friendly compared with the traditional process; and the composite photocatalysts, can effectively use the visible light degradation of ciprofloxacin in antibiotic wastewater, as ciprofloxacin wastewater treatment technology has broad application prospects.

【技术实现步骤摘要】
竹茎生物碳量子点修饰Bi4Ti3O12复合光催化剂的制备及其应用
本专利技术属于环境材料制备
，具体涉及竹茎生物碳量子点修饰Bi4Ti3O12复合光催化剂的制备及其应用。
技术介绍
抗生素（Antibiotics）是由某些微生物或动植物产生的化学物质，能抑制微生物和其他细胞增殖的物质，广泛用于治疗各种细菌感染或抑制致病微生物感染的药物。其中，环丙沙星是近年来国内外研制开发的一种广谱型抗菌新药，在其生产过程中会产生大量有机废水。环丙沙星废水中含有抗生素成品及生产医药中间体等高浓度有机物，抑菌能力大，难于生物降解，进入水体污染危害大。因此，研究建立环丙沙星废水处理技术十分迫切和必要。光催化技术作为一种绿色、环保的方法因此被广泛研究，但大多数半导体在可见光范围的响应能力不理想。研究者们通过半导体耦合、金属离子掺杂等手段扩大材料的光响应范围，提升光生电子-空穴对的分离，从而提升材料的光催化活性。碳量子点作为一种新型碳纳米材料，具有奇特的结构、良好的物理和化学稳定性、特殊电子性质、限域效应等特点，使其在多相催化领域具有十分广阔的应用前景。但传统的合成方法过程复杂，需要使用强酸以及昂贵的材料等，近年来，以壳聚糖、葡萄糖、咖啡渣等为原材料制备碳量子点的工艺得到发展。因此，寻找一种更为经济、绿色的碳源，以及更为简便的制备工艺是十分必要的。本专利技术正是基于以上考究，选用竹子作为新型碳源。竹子是一种分布广泛，生长周期短的生物，选用竹子作为碳源，不仅廉价易得，而且符合当今可持续发展的议题。为探究该方案得到的量子点是否能够有效提高材料的活性，本专利技术选用Bi4Ti3O12作为改性对象。近年，Bi4Ti3O12作为一种新型光催化剂，具有特殊的晶体结构和电子结构，从而显示出优异的光催化性能，但是Bi4Ti3O12的光能利用率仍不理想，阻碍了光催化技术的应用。大量研究表明以碳量子点修饰的复合材料具有独特的优势，可以提高光催化剂的活性。因此将该碳量子点用以修饰Bi4Ti3O12，探究其催化性能的提升效果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，如：现有光催化材料合成方法过程复杂、所需原料昂贵、制备的光催化材料光能利用率低、光催化效率低等，本专利技术提供一种竹茎生物碳量子点修饰Bi4Ti3O12复合光催化剂，以竹茎碳量子点修饰Bi4Ti3O12，有效提高Bi4Ti3O12光催化活性。本专利技术还提供一种竹茎生物碳量子点修饰Bi4Ti3O12复合光催化剂的制备方法，先以固态法制备Bi4Ti3O12，然后水热法制备出碳量子点，最后采用浸渍法制备复合光催化剂。具体的，本专利技术按以下步骤进行：（1）制备竹茎生物碳量子点：称取一定量的竹茎粉末分散于去离子水中，室温搅拌均匀，形成混合液；然后移入反应釜中一定温度下反应一段时间，将得到的反应物自然冷却后，离心，取上层液于一定规格的透析袋中透析一段时间，冷冻干燥，得到竹茎生物碳量子点；（2）制备Bi4Ti3O12材料：将一定量的氧化铋和二氧化钛（P25）充分研磨均匀，放入管式炉/马弗炉内一定温度下煅烧一段时间，自然冷却，得到Bi4Ti3O12材料（制备方法参考MengXB,MiaoJ,ZhaoY,etal.EnhancedferroelectricandUVphotocatalyticpropertiesinaBi4Ti3O12@ZnOcore–shellednanostructure.JournalofMaterialsScience:MaterialsinElectronics,2014,25(3):1423-1428）；（3）制备竹茎生物碳量子点修饰Bi4Ti3O12复合光催化剂：称取一定量的竹茎生物碳量子点，分散于乙醇中，加入一定量的Bi4Ti3O12材料，超声1h，放入烘箱60℃下直接蒸干乙醇溶剂，将得到的混合物放入管式炉，在通入氮气保护气的条件下，一定温度下煅烧一段时间，自然冷却，得到竹茎生物碳量子点修饰Bi4Ti3O12复合光催化剂；其中，步骤（1）中，所述的竹茎粉末和去离子水的质量比为1:10，反应温度为180-230℃，反应时间18h-36h；透析袋的分子量为8000-14000，透析24h；其中，步骤（2）中，所述的氧化铋和P25的质量比为0.93:0.244；煅烧温度为800℃，煅烧3h；其中，步骤（3）中，竹茎生物碳量子点与Bi4Ti3O12的质量比为0.01-0.09:1；煅烧为200℃，煅烧时间为1h。按照以上步骤所制备的竹茎生物碳量子点修饰Bi4Ti3O12复合光催化剂，其中竹茎生物碳量子点占上述复合光催化剂的质量比为1%-9%。本专利技术还提供一种竹茎生物碳量子点修饰Bi4Ti3O12复合光催化剂的应用，按照以上所述的制备方法得到的竹茎生物碳量子点修饰Bi4Ti3O12复合光催化剂，应用于在抗生素废水中降解环丙沙星。本专利技术中所用的竹茎粉末的原材料来自江苏大学；氧化铋（Bi2O3），二氧化钛（P25），环丙沙星，乙醇购于国药化学试剂有限公司。与现有技术相比较，本专利技术的有益效果体现如下：本专利技术实现了以竹茎为生物碳源，通过一步水热法得到了竹茎生物碳量子点，相比传统工艺更为绿色、经济、环保。克服了以壳聚糖、葡萄糖等为碳源制备量子点的限制。竹子作为一种分部广泛、生长周期短的植物，以竹子为碳源，原材料更加廉价易得，一步水热法也是一种操作简易、耗能较低的制备方法，在合成过程中无需添加其它试剂，更加符合绿色化学的发展理念，在制备工艺上极大降低了成本。以生物体作为原材料制备的碳材料具有较多的官能团可以有效增强材料之间的结合力，提高材料的稳定性。将竹茎生物碳量子点用于改性Bi4Ti3O12后，其有效提升了材料的光催化活性，从图2降解图中可以看出，相比单纯的Bi4Ti3O12，竹茎生物碳量子点修饰Bi4Ti3O12复合光催化剂的光催化性能明显提升。这是由于碳量子点具有尺寸效应，可以提供更多的活性位点，以及材料拥有多种官能团，不仅增强材料之间的结合力，也益于材料吸附目标物，从而增强材料的催化效率。竹茎生物碳量子点修饰Bi4Ti3O12复合光催化剂通过与污染物分子的界面相互作用实现特殊的催化或转化效应，使周围的氧气及水分子激发成极具氧化力的氧自由基，羟基自由基等具有强氧化性的物质，从而达到降解环境中有害有机物质的目的，该方法不会造成资源浪费与附加污染的形成，且操作简便，是一种绿色环保的高效处理技术。附图说明图1为Bi4Ti3O12材料和竹茎生物碳量子点修饰Bi4Ti3O12复合光催化剂的XRD图；图2为竹茎生物碳量子点修饰Bi4Ti3O12复合光催化剂的降解图，分别为实施例1所得产物（a），实施例2所得产物（b），实施例3所得产物（c），实施例4所得产物（d），实施例5所得产物（e），实施例6所得产物（f），实施例7所得产物（g），纯的Bi4Ti3O12（h）；图3为竹茎生物碳量子点修饰Bi4Ti3O12复合光催化剂的TEM图。具体实施方式下面结合具体实施实例对本专利技术做进一步说明。本专利技术中所制备的竹茎生物碳量子点修饰Bi4Ti3O12复合光催化剂的光催化活性评价：在DW-01型光化学反应仪（购自扬州大学城科技有限公司）中进行，可见光灯照射，将100mL环丙沙星模拟废水（10mg/L）本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种竹茎生物碳量子点修饰Bi4Ti3O12复合光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）制备竹茎生物碳量子点：称取一定量的竹茎粉末分散于去离子水中，室温搅拌，形成混合液；然后移入反应釜中一定温度下反应一段时间，将得到的反应物自然冷却后，离心，取上清液于一定规格的透析袋中透析一段时间，冷冻干燥，得到竹茎生物碳量子点；（2）制备Bi4Ti3O12材料：将一定量的氧化铋和P25研磨，放入管式炉/马弗炉内，一定温度下煅烧一段时间，自然冷却，得到Bi4Ti3O12材料；（3）制备竹茎生物碳量子点修饰Bi4Ti3O12复合光催化剂：称取一定量的竹茎生物碳量子点，分散于乙醇中，加入一定量的Bi4Ti3O12材料，超声，蒸干乙醇；将得到的混合物放入管式炉，在通入氮气保护气的条件下，一定温度下煅烧一段时间，自然冷却，得到竹茎生物碳量子点修饰Bi4Ti3O12复合光催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种竹茎生物碳量子点修饰Bi4Ti3O12复合光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）制备竹茎生物碳量子点：称取一定量的竹茎粉末分散于去离子水中，室温搅拌，形成混合液；然后移入反应釜中一定温度下反应一段时间，将得到的反应物自然冷却后，离心，取上清液于一定规格的透析袋中透析一段时间，冷冻干燥，得到竹茎生物碳量子点；（2）制备Bi4Ti3O12材料：将一定量的氧化铋和P25研磨，放入管式炉/马弗炉内，一定温度下煅烧一段时间，自然冷却，得到Bi4Ti3O12材料；（3）制备竹茎生物碳量子点修饰Bi4Ti3O12复合光催化剂：称取一定量的竹茎生物碳量子点，分散于乙醇中，加入一定量的Bi4Ti3O12材料，超声，蒸干乙醇；将得到的混合物放入管式炉，在通入氮气保护气的条件下，一定温度下煅烧一段时间，自然冷却，得到竹茎生物碳量子点修饰Bi4Ti3O12复合光催化剂。2.根据权利要求1所述的竹茎生物碳量子点修饰Bi4Ti3O12复合光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，竹茎粉末和去离子水的质量比为1:10。3.根据权利要求1所述的竹茎生物碳量子点修饰Bi4Ti3O12复合光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，反...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘锡清，汪涛，闫永胜，李春香，周志平，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32