[发明专利]一种CN/NCD/ZFL光催化剂及其应用和抗生素废水处理方法

说明书

本发明公开了一种CN/NCD/ZFL光催化剂及其应用和抗生素废水处理方法。该CN/NCD/ZFL光催化剂通过原位沉积‑煅烧法制备得到，通过形成Z型类石墨相氮化碳/锌铁层状双金属氢氧化物异质结增强了催化剂的电荷载流子转移能力，增加了光响应范围，进一步通过氮掺杂碳点提高可见光光利用率及电荷传输能力。本发明制备的氮掺杂碳点复合类石墨相氮化碳/锌铁层状双金属氢氧化物Z型异质结光催化剂可以有效地响应可见光并生成相关活性物种，高效降解水中四环素。

技术领域

本发明属于复合催化剂技术领域，具体涉及一种CN/NCD/ZFL光催化剂及其应用和抗生素废水处理方法。

背景技术

高级氧化技术(Advanced Oxidation Process,AOPs)以产生具有强氧化能力的活性物种(h⁺、·OH、·O₂^-)为特点，在高温高压、电、声、光辐照、催化剂等反应条件下，使难降解有机物氧化成低毒或无毒的小分子物质，从而降解污染物。半导体光催化由于不会造成二次污染并可彻底降解污染物(生成CO₂、H₂O)，从而被认为是解决污水中环境污染物的最可行的方法。

大量的研究发现单一的半导体光催化剂存在光电子-空穴对复合速度快以及可见光利用率低等缺点。近年来，一种新型的半导体光催化剂“Z型异质结光催化剂”以其优异的光催化性能在光催化领域得到了广泛的应用。相比于传统Ⅱ型异质结光催化剂，Z型异质结光催化剂表现出优越的光催化活性，且其可以保持较高的氧化还原能力，从而得以提高光催化效率。

类石墨相氮化碳作为无金属的半导体材料，因其优越的光学性能而受到光催化领域的广泛关注，但其仍存在电子-空穴易重组、比表面积小、电导率低、可见光吸收差等问题。据报道，当类石墨相氮化碳与层状双金属氢氧化物结合时其光催化活性能够得以增强。碳点具有上转换光致发光性质，不仅可以改善电荷转移，而且可以提高可见光的利用率。当碳点与氮原子掺杂时，半导体导带中的电子会转移到氮掺杂碳点上，从而抑制光致电子空穴对的复合。此外，氮原子可以降低碳点的功函数以进一步提高光催化性能。

目前为止，关于氮掺杂碳点复合类石墨相氮化碳/锌铁层状双金属氢氧化物Z型异质结光催化剂降解四环素废水的研究未见报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种CN/NCD/ZFL光催化剂及其应用和抗生素废水处理方法，解决了上述背景技术中的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是：提供了一种CN/NCD/ZFL光催化剂，为氮掺杂碳点复合类石墨相氮化碳/锌铁层状双金属氢氧化物的Z型异质结光催化剂。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案之二是：提供了一种CN/NCD/ZFL光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

1)制备氮掺杂碳点溶液；

2)制备氮掺杂碳点复合类石墨相氮化碳；

3)制备Z型异质结光催化剂：

①向去离子水中加入煅烧后固体物料并超声混合均匀，加入硫酸锌和硫酸亚铁并用氢氧化钠溶液调节pH为7.5～8并搅拌1～2h；

②加入H₂O₂并在40～45℃下老化3～4h，得到混合物料；

③将所述混合物料洗涤至pH＝7并固液分离，将分离的固体清洗、烘干、研磨，制得CN/NCD/ZFL的Z型异质结光催化剂。

在本发明一较佳实施例中，所述步骤3)的①中，Zn²⁺与Fe³⁺的比值为3:1。

在本发明一较佳实施例中，所述步骤3)的③中，将分离的固体清洗以无水乙醇和去离子水若干次后，在40-60℃下烘干5～6h。