[发明专利]一种降解抗生素废水的新型Z型声催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种降解抗生素废水的新型Z型声催化剂及其制备方法和应用。本发明中，通过简单的溶胶‑凝胶法和水热以及高温煅烧的方法制备了一种新型Z型结构的纳米复合声催化剂Er³⁺:Y₃Al₅O₁₂@Ni(Fe_0.05Ga_0.95)₂O₄‑Au‑BiVO₄。结果表明，本发明的Er³⁺:Y₃Al₅O₁₂@Ni(Fe_0.05Ga_0.95)₂O₄‑Au‑BiVO₄，由于Ni(Fe_0.05Ga_0.95)₂O₄和BiVO₄复合后，能够形成一个循环的氧化还原循环体系，促进了e^‑与h⁺的分离，显著提升该体系的声催化降解能力。本发明的新型高效声催化剂可广泛应用于水体净化、废水治理等环保领域，前景广阔。

技术领域

本发明属于声催化领域，尤其涉及具有Z型结构的声催化剂Er³⁺:Y₃Al₅O₁₂@Ni(Fe_0.05Ga_0.95)₂O₄-Au-BiVO₄的合成及其在声催化降解抗生素废水中的应用。

背景技术

近年来，人类对抗生素的滥用产生了大量含抗生素的废水，该类废水中残留的抗生素在生态环境中长期积累，不但具有致畸、致癌性，还会导致其中的病原微生物抗药性增强，对生态平衡和人类健康造成严重危害。因此，对抗生素废水的治理迫在眉睫。废水中残留的抗生素，生物毒性大，pH波动大，色度深，气味重，给废水处理带来极大的困难。面对难以被充分降解的抗生素，如何将它们彻底的无害化处理，一直是困扰科学家的难题。传统的对抗生素废水的处理采用生物处理方法、物理处理方法和化学处理方法等。但是由于一般抗生素废水浓度较高，这些方法的去除效率并不高，而且处理不彻底，容易导致二次污染。而且抗生素具有抑菌效果，采用常规的生物处理等技术难以获得理想效果。因此，找到一个新的处理方法是相当必要的。声催化由于其操作简单、彻底等优点被广泛应用于污染物的治理等领域。

声催化作为一种高级氧化过程，是利用超声在溶液中的空化效应，发生声致发光和“热点”。一方面，超声空化效应产生“热点”的瞬间，温度可以达到5000K和1000标准大气压的高压，这就可以使溶液中的水分解产生有很强氧化能力的氢氧自由基。另一方面，声致发光能够产生很宽范围的光，这些光可以激发声催化剂产生光生电子和空穴对来降解抗生素。理想的声催化降解反应所需要的催化剂必须具备稳定性、耐腐蚀、光响应范围广和带宽合适等特点。在众多声催化剂中NiGa₂O₄以其耐腐蚀性、无毒性和价格低廉的特点成为最有吸引力的声催化剂之一。但对于NiGa₂O₄作为声催化剂本身也有其不可克服的缺点和不足。由于它的禁带宽度(Eg＝3.54eV)较宽，因此只能吸收紫外光(λ<387nm)而被激发。遗憾的是在声致发光中，紫外光的成分相当低。BiVO₄是继NiGa₂O₄之后的另一个卓越的半导体催化剂，因其具有无毒、稳定、禁带宽度较小等优点被用于催化降解有机污染物。但是单纯的NiGa₂O₄和BiVO₄声催化降解效率也很低，是由于它们的光生电子和空穴对容易复合。因此，发明一种可以彻底抑制光生电子和空穴对的催化剂变得尤为重要。

发明内容