[发明专利]一种Pd/C3N4@生物质碳纤维复合膜的制备方法和应用

说明书

本发明属于材料制备及环境污染治理的技术领域，提供了一种Pd/C₃N₄@生物质碳纤维复合膜的制备方法，制备方法如下：步骤1、制备Pd/C₃N₄@生物质碳纤维复合光催化剂；步骤2、静电纺丝法制备Pd/C₃N₄@生物质碳纤维复合光催化膜。本发明利用生物质碳纤维的高吸附性，将C₃N₄、Pd纳米颗粒均匀的负载在其表面，提高光生电子空穴的分离效率，同时结合静电纺丝膜固有的高孔隙率的结构，实现对目标污染物的高效催化降解，具有合成简单，降解效率高等优点。

技术领域

本发明属于材料制备及环境污染治理的技术领域，具体涉及一种Pd/C₃N₄@生物质碳纤维复合膜的制备方法和应用。

背景技术

四环素是一种高效的广谱抗生素，是维持人类和动物健康不可或缺的一部分，它可以治疗多种疾病，包括支原体肺炎和流行性斑疹伤寒。此外，包括美国在内的一些国家，四环素还被大量用作生长促进剂投喂给动物。这就造成四环素的持续释放和环境积累引起了社会的广泛关注。环境中的四环素残留物可以选择性地杀死某些微生物，而且可以诱导一些耐药菌的产生，从而危害人类健康和水生生态系统的平衡。因此有效的去除水环境中残留的四环素迫在眉睫。在目前众多处理方法中，光催化技术被认为是最为有效且对环境无害的方法。

将光催化技术与膜分离技术耦合在一起，构建的催化膜体系是一种极具应用前景的水处理体系。它是以膜材料作为反应介质，结合化学反应过程而实现的，一方面利用膜的特殊功能，实现反应产物的快速分离、反应物的控制输入、反应分离过程集成等，另一方面利用催化剂的作为功能材料，解决膜污染的问题，实现膜材料的实际应用、多次重复利用、延长催化剂使用寿命等目的。

然而，纳米催化材料通过共混的方式与膜技术结合会导致催化材料的团聚、分散度不高以及与有机聚合物膜的不相容性，这就造成催化性能和降解效率的下降。同时，传统平板刮膜的方法制备的催化膜的孔隙率以及比表面积较小，这也是限制催化性能的一个重要因素。

发明内容

本发明采用蒲绒作为生物质碳源，利用了生物质碳纤维(Carbon fiber,CF)的高吸附性能，将C₃N₄、Pd纳米颗粒均匀的负载在其表面能够提高光生电子空穴的分离效率，从而构建高吸附、高催化活性的复合材料；然后利用简单的静电纺丝技术制备复合膜材料，使膜材料具有较大的表面积。与传统相转化法制备的共混膜相比，这种方法最大程度的利用了催化材料的高吸附性与高活性，从而达到提高光催化性能的效果。该方法提供了一种构建集高效吸附、催化降解于一体的催化膜的新思路，实现高效去除环境废水的目的。

一种Pd/C₃N₄@生物质碳纤维复合膜的制备方法，蒲绒和尿素经一步碳化法得到C₃N₄@CF复合材料，Pd纳米颗粒原位均匀生长于C₃N₄@CF复合材料表面得到Pd/C₃N₄@CF 复合光催化剂，所述Pd/C₃N₄@CF复合光催化剂采用静电纺丝工艺制备得Pd/C₃N₄@生物质碳纤维复合膜，具体步骤如下：

步骤1、制备Pd/C₃N₄@生物质碳纤维复合光催化剂：

a称取一定量的蒲绒作为生物质碳源，洗净干燥后浸泡在尿素溶液中，干燥后放入瓷舟中，然后转移至管式炉，在氮气保护的条件下，于一定温度下煅烧一定时间，待自然冷却后取出，得到C₃N₄@CF复合光催化剂，待用；