一种光催化降解水体中抗生素的方法技术

本发明专利技术“一种光催化降解水体中抗生素的方法”，属于抗生素废水光催化处理领域。所述方法包括：将光催化剂添加到含有抗生素的待处理水样中；所述光催化剂为一价铜离子修饰的氮化碳骨架材料；所述氮化碳骨架为多孔结构。本发明专利技术方法能高效光催化降解废水中的抗生素，具有操作方便、设备简单、污染物去除效率高等优点，是一种可以被广泛采用并有很高应用价值的废水处理方法。

Photocatalytic degradation of antibiotics in water

【技术实现步骤摘要】
一种光催化降解水体中抗生素的方法
本专利技术属于抗生素废水光催化处理领域，具体涉及一种光催化降解水体中抗生素的方法。
技术介绍
随着工农业的发展，大量的抗生素废水排放至水环境中，这些废水在污染水环境的同时也严重危害人类健康。世界卫生组织的数据表明，世界上超过40％的人口面临缺水问题。人口的快速增长以及经济的迅猛发展使得人类对对水资源的需求日益增加。水污染的治理问题也是世界性的难题。其中，抗生素废水作为难降解废水，一直是研究的热点。传统处理工艺普遍存在成本高、反应慢、易造成二次污染、低浓度废水处理难等缺点，其中，光催化降解技术具有易操作、低成本、高效率、不产生二次污染的优点，在降解污染物方面极具潜力。氮化碳(g-C3N4)是一种具有可见光响应的光催化材料，自其问世就受到人们的广泛关注。由于氮化碳具有优异的化学稳定性和独特的电子能带结构，而且还具有无毒、不含金属组分和对可见光响应等优点，它被广泛地应用于光催化过程，如光催化水裂解、选择性光有机合成以及空气或水中有机污染物的消除等方面。但是纯氮化碳的能隙约为2.7eV，只能利用460nm以下的太阳光，且聚合产物为密实块体颗粒，存在比表面积低、光生载流子分离能力较弱、光催化活性差等问题，限制了材料的应用范围。并且目前大多数的研究仅限于对材料的设计，未能考虑到在实际应用中各项水质因素的影响。因此，制备一种操作方便、步骤简单、产量高、性能好的的氮化碳基础材料，以及研究实际废水中各项水质因素对材料光催化效率的影响，这对于光催化技术应用于实际废水中抗生素的降解具有重要的意义，也是迫切需求。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足及需求，提供了一种利用一价铜离子修饰的氮化碳骨架材料光催化降解水体中抗生素的方法，不仅处理工艺简单、操作方便、成本低，而且去除效果好、重复利用率高、清洁无污染，是一种可以被广泛采用、能够高效去除水体中抗生素的方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种光催化降解水体中抗生素的方法，其特征在于，包括：将光催化剂添加到含有抗生素的待处理水样中；所述光催化剂为一价铜离子修饰的氮化碳骨架材料，且为多孔结构。所述一价铜离子修饰的氮化碳骨架材料为氧化亚铜负载和一价铜离子掺杂的氮化碳骨架；所述一价铜离子修饰的氮化碳骨架材料的比表面积为57.4m2g-1。氮化碳骨架不仅为一价铜离子提供掺杂位点，也为氧化亚铜提供负载平台。掺杂的含义是：一价铜离子与氮化碳本体里面的有机氮原子成键，可达到改善氮化碳材料的光学性能的目的。铜离子的掺杂可使氮化碳骨架材料发生“掺杂效应”，即，当氮化物中掺入另一种价态不同的阳离子时，由于阳离子之间的相互作用和电荷重新分布，使氮化物中的离子缺陷浓度和电子缺陷浓度发生变化。而本专利技术一价铜离子的掺杂会在氮化碳半导体的禁带中引入一些杂质能级，使氮化碳半导体能对较长波长的光子产生响应，拓宽了对光的利用区域，并且铜离子的掺杂会增强光生载流子的分离效率，从而增强了光催化性能。所述一价铜离子修饰的氮化碳骨架材料中的一价铜离子的存在形式为与有机氮原子键合的掺杂型一价铜离子与晶体氧化亚铜。所述的方法还包括：将添加了光催化剂的待处理水样在暗处搅拌达到吸附平衡后在模拟日光条件下进行光催化反应。所述一价铜离子修饰的氮化碳骨架材料与所述含有抗生素的待处理水样的质量体积比为0.8g∶1L。所述含有抗生素的待处理水样为盐酸金霉素废水；所述盐酸金霉素废水中盐酸金霉素的浓度为20mg/L。所述盐酸金霉素废水的pH为2～7。所述搅拌吸附过程中转速为420r/min，所述搅拌吸附时间为2h，所述光照时间为1h。所述在暗处搅拌达到吸附平衡指，在暗处转速为420r/min磁力搅拌1h-2h；模拟日光条件指在λ≥420nm的可见光下照射。一种利用一价铜离子修饰的氮化碳骨架材料光催化降解水体中抗生素的方法，包括以下步骤：将一价铜离子修饰的氮化碳骨架材料添加到抗生素废水中，在暗处搅拌达到吸附平衡然后在模拟日光条件下进行光催化反应，完成对抗生素废水的处理。上述方法中，进一步改进的，所述的一价铜离子修饰的氮化碳骨架材料的制备方法，包括以下步骤：将二水合氯化铜，三聚氰胺与硫氰酸铵混合，得到混合物前驱体；将所述混合物前驱体进行煅烧，得到一价铜离子修饰的氮化碳骨架光催化剂。所述二水合氯化铜与三聚氰胺的质量比为20％，硫氰酸铵与三聚氰胺的质量比为2.5％～22.5％。硫氰酸铵(NH4SCN)既作为选择性固定剂促进Cu2O的形成，又可以作为起泡剂促进氮化碳介孔结构的形成。上述方法中，进一步改进的，所述煅烧过程中的升温速率为2℃/min。上述方法中，进一步改进的，所述煅烧的温度为550℃；所述煅烧的时间为4h。上述方法中，进一步改进的，所述混合的方法为将二水合氯化铜，三聚氰胺与硫氰酸铵置于玛瑙研钵中，研磨20min～30min，得到混合物前驱体。上述方法中，进一步改进的，所述一价铜离子修饰的氮化碳骨架材料与所述抗生素废水的质量体积比为0.8g：1L；所述抗生素废水为盐酸金霉素废水，所述盐酸金霉素废水中盐酸金霉素的浓度为30mg/L。所述盐酸金霉素废水的pH为2～7。上述方法中，进一步改进的，其特征在于，所述搅拌吸附过程中转速为420r/min，所述搅拌吸附时间为2h，所述光照时间为1h。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：(1)本专利技术提供了一种利用一种一价铜离子修饰的氮化碳骨架材料光催化降解水体中抗生素的方法，通过将一价铜离子修饰的氮化碳骨架材料与金霉素废水进行搅拌吸附后，在模拟太阳光下进行光催化降解，能够高效光催化降解废水中的金霉素。本专利技术提高的方法具有操作方便，设备简单，吸附性能好，污染物光催化降解效率高等优点，是一种可以被广泛采用的抗生素废水处理方法。(2)本专利技术采用的一价铜离子修饰的氮化碳骨架材料为光催化剂。本专利技术中，将铜离子掺杂在g-C3N4中，铜离子的掺杂使g-C3N4的结构不完整，因而它的比表面积、孔隙率都会发生变化，从而提高了吸附能力；另外，铜离子的掺杂会在g-C3N4半导体的禁带中引入一些杂质能级，使g-C3N4半导体能对较长波长的光子产生响应，拓宽了对光的利用区域，并且铜离子的掺杂以及构建的异质结会增强光生载流子的分离效率，从而增强了光催化性能。与现有技术相比，本专利技术的一价铜离子修饰的氮化碳骨架材料具有更高的吸附效率和光催化效率，稳定性好，合成简单，是一种可以被广泛采用、能够高效处理金霉素的光催化剂。(3)对于一价铜离子修饰的氮化碳骨架材料而言，铜离子掺杂量与氧化铜比例不当就容易导致吸附强度和光催化活性不高。针对这个问题，本专利技术的一价铜离子修饰的氮化碳骨架材料中，通过优化投入的二水合氯化铜、硫氰酸铵与三聚氰胺的质量比，使得一价铜离子修饰的氮化碳骨架材料产生更强的吸附效果和光催化活性，因而投入的二水合氯化铜与三聚氰胺的质量比为20％，硫氰酸铵与三聚氰胺的质量比为12.5％时，所得的一价铜离子修饰的氮化碳骨架材料吸附效果最好，光催化活性也最高。因此，合适的掺杂量，对提高一价铜离子修饰的氮化碳骨架材料的吸附性能以及光催化性能具有重要意义。(4)本专利技术中提供了一种一价铜离子修饰的氮化碳骨架材料的制备方法，首次合成了吸附性能好、光催化效率高的一价铜离子修饰的氮化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光催化降解水体中抗生素的方法，其特征在于，包括：将光催化剂添加到含有抗生素的待处理水样中；所述光催化剂为一价铜离子修饰的氮化碳骨架材料，且为多孔结构。

【技术特征摘要】
1.一种光催化降解水体中抗生素的方法，其特征在于，包括：将光催化剂添加到含有抗生素的待处理水样中；所述光催化剂为一价铜离子修饰的氮化碳骨架材料，且为多孔结构。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一价铜离子修饰的氮化碳骨架材料为氧化亚铜负载和一价铜离子掺杂的氮化碳骨架；所述一价铜离子修饰的氮化碳骨架材料的比表面积为57.4m2g-1。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述一价铜离子修饰的氮化碳骨架材料中的一价铜离子的存在形式为与有机氮原子键合的掺杂型一价铜离子与晶体氧化亚铜。4.根据权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于，还包括：将添加了光催化剂的待处理水样在暗处搅拌达到吸附平衡后在模拟日光条...

【专利技术属性】
技术研发人员：王侯，张荆晶，袁兴中，蒋龙波，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43