[发明专利]一种利用石墨炔改性磷酸银复合光催化剂处理抗生素废水的方法

说明书

本发明公开了一种利用石墨炔改性磷酸银复合光催化剂处理抗生素废水的方法，该方法是采用石墨炔改性磷酸银复合光催化剂对抗生素废水进行处理，其中石墨炔改性磷酸银复合光催化剂是以石墨炔纳米片为载体，石墨炔纳米片上负载有磷酸银颗粒。本发明方法中，采用的石墨炔改性磷酸银复合光催化剂具有高效的催化活性，可在可见光下、较短时间内实现对水体中抗生素的降解去除，具有成本低廉、处理效率高、去除效果好等优点，有着非常好的应用前景。以诺氟沙星为例，利用石墨炔改性磷酸银复合光催化剂降解诺氟沙星废水时能够在光照12min后将其完全降解去除，处理效率高、处理效果好。

技术领域

本发明属于半导体材料光催化应用、环保技术领域，涉及一种利用石墨炔改性磷酸银复合光催化剂处理抗生素废水的方法。

背景技术

自上世纪80年代在河流中检测到抗生素以来，抗生素在世界各地的自然水体和城镇污水处理厂的进出水中被频繁检出，其中，诺氟沙星是一种广泛应用于临床治疗的有效抗菌药物，例如用于治疗尿路、胃肠道和皮肤感染等。目前，在多种水体中都检测到了不同浓度的诺氟沙星，其中在医院废水中检测出的最高浓度超过100mg/L。诺氟沙星的环境残留物会破坏自然水体原有的生态平衡，诱导产生耐药菌及抗性基因，从而间接危害人类和动物的健康。大量的生态和健康风险研究表明，长期摄入微量诺氟沙星会引发心脏病、中风和身体抵抗力下降。但是，诺氟沙星不能被大多数生物有效降解去除，因而传统的水处理工艺很难实现诺氟沙星的完全降解去除。因此，急需研发新型强氧化技术降解去除此类污染物。

光催化技术以其反应条件温和、能直接利用太阳能转化为化学能的优势，成为一种在能源和环境领域极具应用前景的绿色技术，其关键在于如何获得一种合适的光催化剂。然而，现有光催化材料，如大多数半导体光催化剂在可见光区域的光催化活性仍不理想，这阻碍了光催化技术的进一步发展和应用。因此研究和开发高效可见光光催化剂是解决这一技术瓶颈的关键。在众多具有可见光活性的催化剂中，磷酸银(Ag₃PO₄)表现出优异的有机污染物降解能力。Ag₃PO₄独特的能带位置使其价带中的光生空穴具备强氧化能力，可以直接氧化和降解污染物，但是Ag₃PO₄单体的光催化效率有待进一步提高，此外其光腐蚀较为严重，而光腐蚀的根本原因是光生电子-空穴对的复合过程远快于捕获-转移的过程，这使得Ag⁺被光生电子还原成银单质，破坏Ag₃PO₄晶体结构，降低光吸收性能，从而使光催化活性降低，重复利用性变差，这严重阻碍了它的推广应用。因此，如何克服现有磷酸银材料中存在的光生电子-空穴对分离效率低、光催化活性差、重复利用性差等问题具有十分重要的意义。目前，涉及光催化技术处理抗生素废水也有较多研究，例如，发明专利CN2015100193719，“一种光催化降解水中抗生素的催化剂及其制备方法和应用”，以醋酸锶和五氧化二锑为原料，采用水热法制备得到光催化剂。并将光催化剂放置在紫外灯管组成的光催化反应器中，降解去除盐酸四环素。发明专利CN2012100861618“一种去除污水中抗生素抗性基因的方法”，其中步骤(5)将步骤(4)得到的高压CO2消毒出水送入纳米二氧化钛(TiO2)光催化氧化池，进行光催化反应，采用TiO2进一步去除水体中的抗生素抗性基因。但是，现有光催化技术中仍然存在诸多不足：(1)必须设置紫外光源，无法直接利用可见光，存在对太阳光的直接利用率低的问题；(2)所需光照时间较长，存在处理效率低的问题；(3)光催化剂用量大，污染物负荷低，废水处理量小；(4)没有设置光催化剂的回收及重复利用，无法实现光催化剂的循环使用。因此，获得一种光催化活性好、重复利用性好的石墨炔改性磷酸银复合光催化剂，对于实现对抗生素废水的有效处理具有十分重要的意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种成本低廉、处理效率高、去除效果好的利用石墨炔改性磷酸银复合光催化剂处理抗生素废水的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：