[发明专利]一种用于去除水体藻类的钙钛矿光催化材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于去除水体藻类的钙钛矿光催化材料及其制备方法，其是利用藻类对银敏感以及钙钛矿材料光响应好的特点，制备出一种可在可见光下去除水体中藻细胞的AgCl/LaFeO₃材料。本发明制备的钙钛矿可见光催化材料具有光催化活性高、抑菌效果强的特点，可将其直接投加于水体中，实现对水体中藻细胞的光催化降解。

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种用于去除富营养化水体藻类的钙钛矿光催化材料及其制备方法。

背景技术

近年来，随着全球气候变暖，有害藻华爆发对渔业、旅游业、海洋生态环境和人类健康产生了严重威胁，已经成为世界性生态灾害之一。藻类的大量繁殖，不仅影响环境美观，散发恶臭，还会导致缺氧/低氧条件杀死鱼类和其他野生动植物，污染饮用水源，同时藻类死亡时释放出的藻毒素会引起人体神经、肌肉以及肝脏损伤，严重的甚至导致死亡。因此，如何有效地控制蓝藻水华成为环境领域的研究热点。

目前控制蓝藻水华的方法主要有物理法、化学法以及生物法等几种。其中物理法即采用物理手段将水中藻类清除，主要有人工机械打捞、细胞破坏（如超声破碎）等。人工机械打捞去除藻类，不会产生二次污染，但是在实施过程需要较多的人力和物力，成本较高，只能作为水华爆发时的应急措施。超声波法能够破坏藻类细胞，但同时会使得藻细胞内容物外泄，可能会导致水体味道和气味的变化。化学法一般是通过试剂的强氧化性（氯、臭氧、高锰酸盐等）或毒性（如硫酸铜）将蓝藻细胞直接杀死，或是通过絮凝作用使藻细胞沉淀后除去。化学法除藻见效较快，但是化学试剂可能会对其他水生生物造成伤害，且容易造成二次污染（如产生消毒副产物等）。生物法主要是通过其他生物控制蓝藻细胞等的生长，如微生物作用、贝类等摄食，其他浮游植物竞争与化感作用等。但是生物法见效慢，效果不太稳定，且受环境条件影响大，不易推广。

光催化技术因其环境友好，能源清洁，成本低廉以及对污染物的降解彻底等特点备受青睐，逐渐被应用于环境领域。但是目前常见的光催化剂仍有许多不足，限制了其在实际中的应用。如带隙值很宽，只能在紫外线（λ＜380nm）下被激发，而紫外线仅占太阳光谱的2-3%，以及高光生电子空穴复合率导致的低可见光利用效率的缺点。近年来，钙钛矿材料在太阳能发电、电催化、光催化水分解、二氧化碳（CO₂）还原和污染物去除等应用中受到关注。理想的钙钛矿型ABX₃结构具有立方对称性，在这种结构中，X阴离子通常为氧离子或卤素离子（F、Cl、Br或I），A阳离子通常大于B阳离子，钙钛矿的性质由占据其A和B位晶格的阳离子决定，而90％以上的金属元素都可以成功地掺入钙钛矿晶格。因此可以利用不同的元素对Ａ位和Ｂ位进行取代，使元素之间产生电子自旋态的耦合，同时改变钙钛矿的组成，会使其结构会产生一定程度的畸变，其结构对称性和正负电荷中心的位置产生变化，产生阳离子或氧空位，这对材料的能带结构的调节、光生电荷载流子的分离以及提高光催化剂效率有着重要意义。

钙钛矿光催化材料在应用于除藻方面也具有巨大潜力：（1）钙钛矿氧化物具有窄带隙和较高的可见光响应，光响应反应范围包含整个可见光区域，甚至在800nm仍表现出较高的光吸收，能同时利用可见光和紫外光；（2）部分铁基钙钛矿氧化物钙钛矿材料具有磁性，在设计磁性可回收光催化剂上具有强大潜力；（3）铜绿微囊藻表面由于其表面官能团带负电，可以设计带正电的钙钛矿材料，可利用静电吸附增大光催化剂与藻类的有效接触。因此，研究开发具有可见光催化活性的钙钛矿材料，可以很好地弥补光催化剂在实际应用中的缺陷，进一步提高光催化剂除藻技术在蓝藻水华治理领域的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于去除水体藻类的钙钛矿光催化材料及其制备方法，用于缓解蓝藻水华的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于去除水体藻类的钙钛矿光催化材料，其制备方法包括以下步骤：