[发明专利]一种用于去除水体藻类的光催化异质结纳米复合材料的制备方法

说明书

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种用于去除水体藻类的光催化异质结纳米复合材料的制备方法，其是利用UIO‑66（NH₂）中有机配体的多个芳环与g‑C₃N₄的三嗪环之间的π‑π相互作用，将二者紧密结合形成异质结，同时在该二元异质结基质上利用原位生长法，将Ag‑AgCl半导体引入其中，构建Ag‑AgCl/g‑C₃N₄/UIO‑66（NH₂）三元异质结构的纳米复合光催化剂，以实现可见光下对于水体中有害藻类的有效去除。本发明制备的光催化异质结纳米复合物具有比表面积大、可见光响应好、光生载流子分离效率高以及稳定性良好的特点，可将其应用于水体中藻类的去除，实现水体中藻细胞的光催化灭活。

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光催化异质结纳米复合材料的制备方法。

背景技术

随着全球气候变暖加剧，水体富营养化问题日益严重，有毒有害藻华已越来越频繁地出现在湖泊、河流和水库中。富营养化水体中有害藻类的迅速繁殖将对水生生态系统造成严重破坏，此外，大多数有害藻类，如富营养化水体中的铜绿微囊藻，其均能产生藻毒素，这也将带来水环境安全问题。当前，为了应对蓝藻水华，人们已经开发出了许多常规的物理和化学方法，如机械打捞、生物法除藻、超声波除藻等。然而，这些传统的方法由于存在相应的缺陷而使其应用受到了限制。如机械打捞法需要大量的人力、物力，成本较高，不易作为长期的除藻方法；生物除藻法往往处理周期较长，较不适用于迅速爆发的蓝藻水华，且后续处理较为复杂，存在加重破坏生态系统的风险；超声波法除藻由于其除藻的效果有限，目前只适用于水厂小规模范围内的处理。因此，如何有效地控制蓝藻水华，从而进一步解决水体富营养化问题已成为了水处理领域研究的热点。

近年来，光催化技术由于其高效、低成本以及绿色环保等优点，已逐渐被应用于治污、抗菌等环境方面研究。其中，光催化技术应用纳米光催化剂，因其光催化活性高、环境可持续性好、成本较低以及无毒等优点，为解决水体的富营养化问题提供了新的思路。纳米光催化剂可以与微生物相互结合诱导产生具有强大氧化能力的活性物质来破坏藻类细胞，从而抑制藻类生长并降解相应的细胞毒素。应用纳米光催化剂的光催化反应来控制蓝藻水华的爆发是一种已有效、环保的治理方法。但是要将纳米光催化剂应用于实际水体中的藻类去除时仍存在着一些问题：一方面，当前大多数的光催化除藻材料只能在紫外光照射下被激活来实现光催化过程，而从太阳光谱方面考虑，紫外线仅占整个光谱的4％左右，这意味着这类光催化剂的能量转换效率较低，从而导致其除藻效率的降低。另一方面，现有的光催化剂普遍存在着光生空穴和电子复合快，光生电子寿命短等缺陷，进一步限制了其在实际水体中除藻的应用。针对此，金属-有机框架材料与类石墨碳氮化物结合所形成的异质结构能够实现材料间的紧密接触，加速跨界面的电荷转移，提高光致电子-空穴的分离率。此外，通过将贵金属沉积在二元异质结材料上，能够改善材料的可见光响应能力，并进一步提高光生载流子的分离效率，有效抑制电子空穴对的重组。

因此，通过构建异质结构的Ag-AgCl/g-C₃N₄/UIO-66（NH₂）光催化纳米复合材料，能够显著提高催化剂对可见光的利用能力，加快界面电子转移，降低电子空穴对的重组率，从而有效提高光催化剂的光催化能力，实现水体中蓝藻水华的有效去除。

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光催化异质结纳米复合材料的制备方法，用于缓解蓝藻水华的问题。本发明利用UIO-66（NH₂）中有机配体的多个芳环与g-C₃N₄的三嗪环之间的π-π相互作用，将二者紧密结合形成异质结，同时在该二元异质结基质上利用原位生长法，将Ag-AgCl半导体引入其中，构建Ag-AgCl/g-C₃N₄/UIO-66（NH₂）三元异质结构的纳米复合光催化剂，以实现可见光下对于水体中有害藻类的有效去除。