[发明专利]一种石墨相氮化碳与钨酸亚锡复合光催化剂的制备与用途

说明书

本发明提出的一种石墨相氮化碳与钨酸亚锡复合光催化剂的制备方法，具有制备工艺及操作简单，制备快速，生产周期短，产品回收率高，且性能稳定，不需要特殊的化工设备，易于实现工业化生产，并且在短时间对四环素的催化降解去除率效果显著。

技术领域

本发明属于环境功能材料和水处理新技术领域，具体涉及一种石墨相氮化碳与钨酸亚锡光催化剂及其制备方法与用途。

背景技术

四环素 (TC) 是全球第二大使用最广泛的抗生素，长期以来一直被广泛用作人用药物、兽药和动物养殖中的生长促进剂。据报道，在代谢过程中只有少量TC被吸收，大部分以原形通过尿液和粪便排出体外。 TC 残留经常在废水、地表水甚至地下水中检测到。它们在环境中的存在可能通过促进抗生素抗性细菌 (ARB) 和抗生素抗性基因 (ARG) 对人类健康造成风险。因此，为了防止其对生态系统和公众健康的有害影响，开发有效且低成本的技术将其从地表和废水中去除具有重要意义。

随着化石燃料资源的不断减少、污染水平的上升和气候变化的剧烈变化，开发可持续和环境友好型能源的先进技术和材料迫在眉睫。光触媒与水中的氧和氢氧根离子反应，产生强氧化活性自由基，将水中含有的有机污染物完全降解为水和二氧化碳等。该技术的操作条件易于控制，氧化能力很强，该光催化剂具有无毒、廉价、稳定、可重复使用等优点，已成为环境领域的研究热点。尽管光催化技术取得了很大进展，但由于光生电子和空穴容易复合，光捕获能力低，光催化剂的光催化效率仍然较低，离实际应用还有很远的距离。二维（2D）材料有由于其高表面积-体积比，可以有效分离光生电子和空穴并显着提高光催化活性而引起了极大的关注。近年来，石墨氮化碳（g-C3N4）作为一种石墨烯二维层状材料，由于其化学成分可控、化学价丰富、电化学活性位点高、独特的晶体和电子结构而备受关注。然而，原始g-C3N4的光催化性能受到多种原因的限制，包括电导率低、可见光吸收差和光生载流子的快速复合。因此，延长g-C3N4的可见光吸收并加速光生电子-空穴对的分离。

为了提高g-C3N4的光催化效率，研究了各种改性策略，包括半导体掺杂、结构和表面调整以及异质结构的构建。在上述这些方法中，构建具有高效光捕获和快速电荷转移的异质结光催化剂是一种广泛使用的提高光催化性能的方法，α-SnWO4 由于其 1.64 eV 的间接带隙、独特的能带结构和紫外可见吸收区而成为一种很有前途的可见光敏感光催化剂候选者。更重要的是，我们发现α-SnWO4 和g-C3N4 的能级匹配，适用于光生载流子的高效分离。目前对于α-SnWO4/g-C3N4复合光催化剂的制备研究已有报道，但将其应用于水体中有机污染物去除的报道较少，特别是对于四环素类有机污染物的去除未见报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有技术存在的技术问题，开发一种制备快速的石墨相氮化碳与钨酸亚锡复合物的制备方法；并提供一种上述复合物应用于去除抗生素类废水的方法。

本发明提出的一种石墨相氮化碳与钨酸亚锡复合光催化剂的制备方法，是将 α-SnWO4 作为 g-C3N4 的助催化剂来构建 α-SnWO4/g-C3N4 Z型异质结。α-SnWO4引入g-C3N4体系中将显着提高纯g-C3N4的光催化效率，然后将其用作可见光照射下 TC 降解的光催化剂。 α-SnWO4/g-C3N4异质结光催化剂与纯g-C3N4相比都表现出增强的光催化活性。

本发明提供的石墨相氮化碳与钨酸亚锡复合光催化剂的制备方法，具体步骤如下：Z型α-SnWO4/g-C3N4的制备：先将十六烷基三甲基溴化铵和钨酸钠溶于乙二醇中，剧烈搅拌至溶剂溶解；将氯化亚锡溶于乙二醇的溶液后，倒入前述溶液中，持续搅拌；然后将g-C3N4超声分散在乙二醇中，并逐滴加入上述溶液中；搅拌并调节pH至中性后，将混合物转移到衬有特氟龙的不锈钢高压釜中并在160-200℃下保持8-16小时；收集所得产物，用乙醇和蒸馏水洗涤数次，然后干燥即可得。