[发明专利]一种双频声催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种双频声催化剂及其制备方法和应用。采用的技术方案是：用水热法合成Ce⁴⁺‑doped BaZrO₃，在双频超声照射下，用Ce⁴⁺‑doped BaZrO₃作催化剂，声催化降解抗生素溶液。本发明方法简单新颖，成本低，且没有副产物生成并不会造成环境污染。

技术领域

本发明属于声催化领域，具体地涉及将Ce⁴⁺掺入到BaZrO₃中形成新的双频声催化剂，以及其在双频声催化降解抗生素废水中的应用。

背景技术

多年来，抗生素的大量使用，也带来了一些问题。如何对残留和已排放的抗生素进行无害化处理，一直是困扰人类的严重问题。传统对抗生素的处理采用凝结、吸附，气浮和生物处理等方法。然而，这些方法有许多弊端，如操作时间长，处理不彻底，容易导致二次污染等。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。因此，可以用声催化的方法来处理抗生素，弥补传统处理方法的不足之处。

声催化作为一种高级氧化过程，它可以有效的分解抗生素。声催化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”的瞬时温度可以达到5000K和1000标准大气压的高压。这些高温高压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。然而在实际应用中超声降解的效率很低。在过去TiO₂由于其廉价、无毒、化学稳定性好被应用在声催化降解中，但是遗憾的是TiO₂带宽较窄与其它的半导体催化剂相比，电子和空穴更易复合，声催化降解率也很低。

发明内容

为了解决大量的抗生素废水不能被安全彻底处理的难题，本发明的目的之一是提供一种具有高效降解抗生素的双频声催化剂。

本发明的目的之二是提供一种操作简单，成本低，且没有副产物生成并不会造成环境污染的无害化处理抗生素废水的方法。

本发明采用的技术方案是：一种双频声催化剂，所述的双频声催化剂是Ce⁴⁺-dopedBaZrO₃。优选的，按摩尔比，Ce:Zr＝(0.016:1)～(0.064:1)；Ba:Zr＝1:(1～0.936)。

一种双频声催化剂的制备方法，包括如下步骤：将BaCl₂·2H₂O、ZrOCl₂·8H₂O和Ce(NO₃)₃·6H₂O依次加入蒸馏水中，加热搅拌至透明，滴加无机碱，生成白色悬浊液，将悬浊液倒入水热反应釜中进行水热反应，产物用去离子水和乙醇洗涤，然后在80-100℃烘干12-14h，得到Ce⁴⁺-doped BaZrO₃。

所述的无机碱是NaOH或KOH。

所述的水热反应是，在160-180℃下恒温12-16h。

上述的双频声催化剂在催化降解抗生素废水中的应用。方法如下：于含有抗生素的溶液中，加入上述的双频声催化剂Ce⁴⁺-doped BaZrO₃粉末，在温度25℃和压力101325Pa下，用300W、25KHz和40KHz的双频超声照射100-150min。

本发明的有益效果是：

本发明，对BaZrO₃进行了改良。将BaZrO₃中引入Ce⁴⁺离子，使光生电子和空穴得到有效分离的同时扩宽光响应范围。