一种降解有机药物的单原子过渡族元素光催化剂的方法技术

本发明专利技术公开了一种降解有机药物的单原子过渡族元素光催化剂的方法，合成出的催化剂在紫外光照射下能够在短时间内降解水中有机药物污染物。常规的合成方案如下：首先，将粘结剂、二维材料和过渡族金属氧化物颗粒加入到分散液中搅拌一定时间得到前驱体1。随后，滴加相应量的过渡族金属源，溶于分散液中得到前驱体2。将前驱体1和前驱体2进行混合，然后进行高温反应。高温反应完成后将的得到的固体物质进行过滤回收，并在离心清洗后进行干燥，最终得到催化剂。该催化剂在拥有极高降解效率的同时还拥有良好的重复使用率。拥有良好的重复使用率。拥有良好的重复使用率。

【技术实现步骤摘要】
一种降解有机药物的单原子过渡族元素光催化剂的方法


[0001]本专利技术属于光催化降解污染物领域，具体为一种高效降解有机药物污染物的单原子过渡族元素光催化剂的合成方法。

技术介绍

[0002]人类和兽类用药、防晒霜和化妆品等个人护理产品由于对人类健康的影响被列入危险化学品清单。这些化合物主要通过向河流沉积物、表层土壤和地下水排放污水而进入自然水环境。此外，这些化学品对人类和水生生物最危险，因为它们的毒性会引起内分泌失调和有机药物耐药性。例如，环丙沙星作为一种氟喹诺酮类有机药物，已广泛用于人类和动物的治疗。然而，污水处理厂中环丙沙星的阈值浓度在313～568ng l
‑1之间，这种杀菌剂即使在低浓度下也需要长时间的降解才能起有害作用。此外，在过去的几十年里，有机药物的使用和暴露增加了细菌对它们的耐药性。同时，布洛芬是另一种常用的非甾体抗炎药，用于治疗身体疼痛、发热和类风湿关节炎，该化学物质常存在于丰富的地表水和地下水中，平均浓度分别为0.24和0.024μg l
‑1。然而，在世界上的一些地方，已经有报告在饮用水中存在5～25ng l
‑1的布洛芬污染物。为了去除这些有机药物，人们研究了沉淀法、絮凝法、混凝法、过滤法和氯化法等方法，但这些方法通常效率低下，而且净化效果不明显。因此，废水中有机药物污染物的去除需要一个更有效的处理系统。
[0003]近年来，高级氧化法(Advanced Oxidation process,AOPs)被广泛应用于降解这些有害的有机制药污染物。在AOPs中材料、半导体光催化作用，如各种金属氧化物二氧化钛，氧化锌，Fe2O3和耦合材料已被用于降解大多数有机污染物(有机染料和药物化合物)，通过光产生的高活性活性氧，如超氧自由基(O2‑
·
)、羟基自由基(HO
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)氧化它们。然而，由于这些金属氧化物纳米粒子的聚集，使得光催化剂在可见光下的活性表面积受限，进一步限制了它们在光催化领域的应用。
[0004]为了解决这一问题，对二维材料(如碳、石墨烯、C3N4等)进行覆盖，并将金属氧化物尺寸缩小为FeO
x
、α
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Ni(OH)2等单原子催化剂是提高其光活性的一种很好的策略。孤立的金属氧化物原子沉积在负载材料表面，这些单分散的金属原子之间没有良好的相互作用。同时，通过增加活性催化位点的密度，将氧化物尺寸和金属尺寸减小到其极限，最终改善了单原子催化剂的性能。遗憾的是，由于单金属原子氧化物的不稳定性，至今仍难以在催化剂上生成高密度的单金属原子氧化物，特别是在较高的合成温度下，这使得单原子催化剂的广泛应用成为极大的挑战。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供了一种高效降解有机药物的单原子过渡族元素光催化剂的合成方法。
[0006]本专利技术提供的技术方案是：
[0007]本专利技术公开了一种高效降解有机药物的单原子过渡族元素光催化剂的合成方法，
合成出的催化剂在紫外光照射下能够在短时间内降解水中有机药物污染物。常规的合成方案如下：首先，将粘结剂、二维材料(石墨烯、MoS2、C3N4等)和过渡族金属氧化物颗粒加入到分散液中搅拌一定时间得到前驱体1。随后，滴加相应量的过渡族金属源，例如(H4[PVW
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40
]、氯铂酸等)溶于分散液中得到前驱体2。将前驱体1和前驱体2进行混合，然后进行高温反应。高温反应完成后将的得到的固体物质进行过滤回收，并在离心清洗后进行干燥，最终得到催化剂。
[0008]本专利技术采用的技术方案为一种高效降解有机药物的单原子过渡族元素光催化剂的合成方法，包括以下合成步骤：
[0009]1)将粘结剂、二维材料(石墨烯、MoS2、C3N4等)和过渡族金属氧化物颗粒加入到分散液中搅拌一定时间得到前驱体1。
[0010]2)滴加相应量的过渡族金属源，例如(H4[PVW
11
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40
]、氯铂酸等)溶于分散液中得到前驱体2。
[0011]3)将前驱体1和前驱体2进行混合，然后进行高温反应。
[0012]4)高温反应完成后将的得到的固体物质进行过滤回收，并在离心清洗后进行干燥，最终得到催化剂。
[0013]一种高效降解有机药物的单原子过渡族元素光催化剂的合成方法，其特征在于：
[0014]1)按照此方法合成出的催化剂，主体为过渡族金属氧化物和二维材料。
[0015]2)其他过渡族金属以单原子形式负载于过渡族金属氧化物基体表面。
[0016]3)对有机药物拥有具有优异的光催化降解效率。
[0017]4)对有机药物的降解产物只有H2O和CO2，无任何新的有害物质产生。
[0018]5)该合成方案合成出的催化剂对有机药物降解反应拥有优异的重复使用率。重复进行五次降解反应没有出现显著的降解效率衰减。
[0019]所使用的二维材料包括但不限于石墨烯、MoS2、C3N4，其他二维材料的使用均在本专利的保护范围之内。
[0020]所使用的过渡族金属源包括但不限于H4[PVW
11
O
40
]、氯铂酸，其他过渡族金属源的使用均在本专利的保护范围之内。
[0021]与现有技术相比较，本专利技术提出的合成出催化剂(代称SMAO
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MrGO
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ED光催化剂)的结构和形貌特征为：其主体为过渡族金属氧化物和二维材料；过渡族金属氧化物纳米颗粒的表面负载有大量的其他过渡族元素的单原子氧化物(图 1)。该催化剂的工作原理为：当可见光照射水中的催化剂时会产生电子和空穴。由于催化剂中拥有大量的二维材料和过渡族元素单原子氧化物，电子和空穴分别能够高效地将溶液中的O2和H2O转化为O2‑
·
和HO
*
。当液体环境中存在大量O2‑
·
和HO
*
时，有机药物会迅速被降解为无毒无害的H2O和CO2从而实现对水的净化作用(图2)。该催化剂在拥有极高降解效率的同时还拥有良好的重复使用率。
附图说明
[0022]图1.SMAO
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MrGO
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ED光催化剂的(a)TEM图像(b)SMAO
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MrGO
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ED光催化剂中过渡族金属氧化物的高分辨HAADF
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STEM图像(红圈内亮点为其他过渡族元素单原子)。
[0023]图2.SMAO
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MrGO
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ED光催化剂降解有机药物的反应机理示意图。
[0024]图3.以Fe3O4基体、W单原子和石墨烯构型对环丙沙星有机药物的降解效率为例，
SMAO
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MrGO
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ED光催化剂以及不同材料对有机药物污染物的降解效率以及重复使用效率的测试结果。
[0025]图4.以Fe3O4基体、W单原子和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种降解有机药物的单原子过渡族元素光催化剂的方法，其特征在于，包括以下合成步骤：1)将粘结剂、二维材料和过渡族金属氧化物颗粒加入到分散液中搅拌得到前驱体1；2)滴加相应量的过渡族金属源，溶于分散液中得到前驱体2；3)将前驱体1和前驱体2进行混合，然后进行高温反应；4)高温反应完成后将的得到的固体物质进行过滤回收，并在离心清洗后进行干燥，最终得到催化剂。2.根据权利要求1所述的一种降解有机药物的单原子过渡族元素光催化剂的方法，其特征在于：1)合成出的催化剂主体为过渡族金属氧化物和二维材料；2)其他过渡族金属以单原子形式负载于过渡族金属氧化物基体表面；...

【专利技术属性】
技术研发人员：隋曼龄，王越帅，卢岳，卡鲁帕亚，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：