丝氨酸骨架修饰氮化碳的复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种丝氨酸骨架修饰氮化碳的复合材料及其制备方法和应用，以丝氨酸为原料经酰肼化，与3

【技术实现步骤摘要】
丝氨酸骨架修饰氮化碳的复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及环境与化学
，尤其涉及丝氨酸骨架修饰氮化碳的复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]在过去的几十年中，抗生素不仅广泛用于人类治疗，例如移植，化疗和手术干预等，而且还广泛用于水产养殖和畜牧业的治疗以及提高农作物产量。然而，抗生素过度使用以及代谢延迟导致其残留物不可避免地排放到水生环境中，导致难以治理的污染源。因此，开发一种有效的方法来降解或去除水生环境中的抗生素残留至关重要。目前解决环境水体中抗生素污染问题的方法有生物降解、物理吸附、化学法等等。然而，一些低浓度的有害有机污染物很难通过上述方法消除。多项研究表明光催化技术作为一种高效、环保、低成本、安全的新型先进氧化技术，在高效降解抗生素方面越来越受到重视。
[0003]石墨相氮化碳作为一种无金属的聚合半导体材料，具有耐高温，化学性质稳定和制作成本低，高发光强度。无毒且制备简单，带隙较窄(2.7eV)，在可见光的条件下具有催化活性。但存在以下不足：可见光吸光度相对较低，光生电子空穴对的快速复合和比表面积差等。为改善这些不足，经化学(利用强酸)去角质等后处理合成纳米片，用介孔硅材料和其它纳米金属氧化物加以修饰，可有效改善光催化活性。特别是功能化介孔材料修饰被研究者关注。功能化介孔材料合成方法有接枝法、共缩聚法和骨架杂化(PMO)法。其中PMO法具有骨架中均一的有机基团分布、高的有机官能团负载量、大的比表面积和大的孔体积等特点。丝氨酸是中性脂肪族含羟基氨基酸，是常见的氨基酸之一，具有抗菌性。将其进行一系列的反应后，可实现骨架杂化，得到丝氨酸杂骨架介孔硅材料，该材料兼具丝氨酸与多孔材料的性质，扩大了材料应用范围的可能性。
[0004]因此，用于可见光降解氧氟沙星的丝氨酸骨架介孔材料与氮化碳的复合材料的制备具有一定的研究意义，有望发展成为高催化效率的光催化材料。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种用于可见光降解氧氟沙星的丝氨酸骨架介孔材料和氮化碳的复合材料的制备，以解决现有技术问题中存在的缺陷。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案。
[0007]一方面，本申请提供了一种丝氨酸骨架修饰氮化碳的复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0008]首先丝氨酸骨架介孔材料的合成：
[0009]采用了丝氨酸为原料，经酰肼化后，以甲醇作溶剂，加入过量三乙胺；在四氢呋喃溶剂中与3
‑
异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷进行反应生成丝氨酸有机硅前驱体。
[0010]得到的丝氨酸有机硅前驱体的结构式为：
[0011][0012]然后丝氨酸骨架介孔材料和氮化碳的复合材料的合成：
[0013]取氮化碳纳米材料分散在模板剂、去离子水和碱性条件下的混合溶液中，水浴搅拌，将一定比值的丝氨酸有机硅前驱体与正硅酸四乙酯加入上述溶液中反应24小时，静置一段时间。水洗干燥过夜，将干燥所得材料放入索氏抽提器之中，用无水乙醇和盐酸抽提48小时，除去模板剂，室温干燥。以获得不同比例的复合材料。
[0014]进一步地，模板剂为十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)，碱性条件为22％
‑
28％的浓氨水，水浴温度为40℃
‑
50℃。
[0015]进一步地，丝氨酸有机硅前驱体与正硅酸四乙酯的摩尔比为5％
‑
20％。
[0016]另一方面，本申请还提供一种由上述的制备方法制备的丝氨酸骨架修饰氮化碳的复合材料。
[0017]最后，本申请还提供一种由上述丝氨酸骨架修饰氮化碳的复合材料在可见光照射下进行催化降解喹诺酮类抗生素氧氟沙星的应用。
[0018]通过本专利技术得到的丝氨酸骨架介孔材料和氮化碳的复合材料在可见光照射下的吸收强度要高于传统氮化碳，充分发挥其光催化剂的催化性能；采用本专利技术的丝氨酸骨架介孔材料和氮化碳的复合材料降解氧氟沙星具有较高的催化效率，比传统氮化碳的催化效率有了显著提高。
[0019]鉴于本专利技术方法得到的复合材料光降解氧氟沙星的催化效率均高于氮化碳纳米材料，因此为缓解抗生素污染提供了理想的途径。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
[0021]图1为丝氨酸有机硅前驱体的核磁共振氢谱的测定结果图；
[0022]图2为含10％丝氨酸骨架介孔材料修饰氮化碳的复合材料的X射线衍射(XRD)图；
[0023]图3为含10％丝氨酸骨架介孔材料修饰氮化碳的复合材料的氮气吸
‑
脱附曲线及孔径分布图；
[0024]图4为含10％丝氨酸骨架介孔材料修饰氮化碳的复合材料的透射电镜(TEM)图；
[0025]图5为含15％丝氨酸骨架介孔材料修饰氮化碳的复合材料的X射线衍射(XRD)图；
[0026]图6为含15％丝氨酸骨架介孔材料修饰氮化碳的复合材料的氮气吸
‑
脱附曲线及孔径分布图；
[0027]图7为含15％丝氨酸骨架介孔材料修饰氮化碳的复合材料的透射电镜(TEM)图；
[0028]图8为含20％丝氨酸骨架介孔材料修饰氮化碳的复合材料的X射线衍射(XRD)图；
[0029]图9为含20％丝氨酸骨架介孔材料修饰氮化碳的复合材料的氮气吸
‑
脱附曲线及孔径分布图；
[0030]图10为含20％丝氨酸骨架介孔材料修饰氮化碳的复合材料的透射电镜(TEM)图。
具体实施方式
[0031]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0032]实施例1：丝氨酸有机硅前驱体的制备。
[0033](1)丝氨酸酰肼的合成：取1.556g(0.01mol)的丝氨酸酰肼盐酸盐加入250mL的圆底烧瓶之中，随后往其中加入60mL甲醇，然后逐滴地加入过量三乙胺2.75mL至完全溶解，搅拌反应12h之后，减压蒸馏并且把溶剂蒸干，得到白色固体丝氨酸酰肼粗品(2.0g)。(2)将丝氨酸酰肼(2.0g)溶于60mL的无水THF中，加入3
‑
异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷(IPTES)4.95g，室温条件下搅拌反应36h。反应完成后，减压蒸馏，最后用无水的正己烷洗涤除杂，抽滤并进行干燥得到的白色固体。见图1，核磁谱图测定结果：1HNMR(400MHz,DMSO)δ9.67(s,1H),7.79(s,1H),6.15(s,1H),5.86(s,1H),5.50(s,1H),5.18(s,1H),4.41(s,2H),4.02(s,1H),3.72(s,12H),2.95(s,4H),1.41(s,4H),1.17(s,18H),本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种丝氨酸骨架修饰氮化碳的复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)以丝氨酸为原料经酰肼化，与3
‑
异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷反应得到丝氨酸有机硅前驱体；2)将所述丝氨酸有机硅前驱体与正硅酸四乙酯按一定比例混合，缓慢滴加到氮化碳纳米材料分散在模板剂、去离子水和碱性条件下的混合溶液中，水浴下过夜，经抽滤，水洗，室温下干燥；3)在无水乙醇和盐酸混合溶剂下经索氏抽提器去除模板剂，室温下干燥，获得丝氨酸骨架修饰氮化碳的复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的丝氨酸有机硅前驱体的结构式如下：3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的丝氨酸有机硅前驱体与正硅酸四乙酯的混合比例为按物质的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建强，郑欢欢，周婉丽，郭成，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：