[发明专利]基于photo-Fenton反应降解四环素的自驱动催化剂及其制备与应用

说明书

本发明公开一种基于photo‑Fenton反应降解四环素的自驱动催化剂及其制备与应用，其是在利用水热合成法制备的CuS@Fe₃O₄复合材料的表面通过物理气相沉积法沉积一层金属铂后构建得到的具有不对称结构的复合物。由于铂层的存在，所合成的复合材料可以通过催化双氧水分解产生气泡，利用气泡产生的推动力推动着复合材料自主运动；这种自驱动催化剂还可在磁场和光辐射的双重刺激响应下实现多种模式的推进和引导；这种定向自主运动可增强周围流体的混合，并加速活性物质产生，进而能高效地降解水中的污染物，为水净化领域提供一种全新策略。

技术领域

本发明涉及无机纳米材料及环境领域，具体是涉及一种基于photo-Fenton反应降解四环素的自驱动催化剂及其制备与应用。

背景技术

近年来，由于工业化进程的高速发展，导致有机污染物的过量排放问题日趋严重。其中，水溶性污染物是造成环境中地表水和地下水污染的最直接原因。而且，许多污染物很难用常规化学或生物方法进行有效处理，水净化工程迎来巨大挑战。

早年间抗生素作为一类能改善人类健康的药物在很长一段时间内都得到广泛的使用，但是正是由于过度使用的问题以及它们在水环境中持久难分解的特性，使得抗生素如今已成为一种新兴的污染物。过量抗生素的存在不仅会对水生和陆地生物构成威胁，而且还可能诱导细菌产生耐药性。目前，利用常规手段并不能有效地降解水中的抗生素。因此，迫切需要研发一种有效的策略或者方法来实现水体中抗生素净化的目标。

Fenton反应是高级氧化过程(AOPs)之一，被认为是处理水污染物的有效方法。Fenton反应是通过催化分解H₂O₂产生强大的羟基自由基和超氧化物，这被认为是最具氧化性的反应性物质，可将多种有机污染物降解为小的无污染分子。为了提高Fenton反应的氧化效率，Fenton反应与光催化协同发展，photo-Fenton催化被提出应用于高效降解水中污染物。

中国专利CN112062200A公开一种含Cu生物炭吸附协同催化氧化去除水体中四环素的方案，其利用含Cu生物炭催化剂与过氧化氢溶液形成非均相类Fenton体系，产生羟基自由基降解四环素，还通过掺杂金属Fe使催化剂获得磁响应特性，使其在外加磁场作用下易于从体系中分离；CN112062200A公开一种微米级类芬顿催化剂及其制备方法和应用，该类Fenton催化剂是黄铜矿CuFeO₂，其可活化H₂O₂以产生强氧化性的羟自由基，实现对环境有机污染物的氧化降解和矿化中的应用。上述两种方案都可用于环境治理领域，但是方案的不足之处在于，其所公开的催化剂均没有自驱动特性，反应过程中需借助外部器械增强催化剂在溶液中的传质效果，催化剂可能难以伸入到一些狭小空间进行反应，存在反应盲区，治理效果并不是特别理想。

微纳米马达能将化学能转化为自主运动的特性引起了相关领域技术人员的浓厚兴趣。微纳米马达的自驱动运动可以使周围的流体在受污染的样品之间更强地混合，从而加速污染物的降解。特别是对于依靠气泡推动力实现自驱动的微纳米马达，持续产生微气泡进一步增强了溶液中的传质，进而可提高降解效果。如将自驱动的微纳米马达与高效地AOPs工艺相结合，不仅能够取缔外部机械的使用，而且可以实现长距离、大范围作业，甚至可以深入到传统手段无法触及的狭小空间执行净水任务。

因此，将卓越的自驱动能力与非均相photo-Fenton催化相结合，必将会为水污染治理提供了一种高效、环保、低成本的污染物降解策略，为水体净化带来了新思路和新方案。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的不足，提供一种基于photo-Fenton反应降解四环素的自驱动催化剂及其制备与应用，该催化剂具有独特的定向自驱动特性，在含有双氧水的溶液中具有高的运动速度，而且在磁场和光辐射的双重刺激响应下可以实现多种模式的推进和引导。