[发明专利]一种可见光高效降解四溴双酚A光催化材料制备方法及应用

说明书

本发明属于环境工程技术领域，提供了一种可见光高效降解四溴双酚A光催化材料制备方法及应用。以C@ZnC、Bpn和g‑C₃N₄为前体，通过高温煅烧法构建了g‑C₃N₄/C@ZnC/Bpn(CZB)三元异质结光催化材料。通过将C@ZnC和Bpn引入含N缺陷的g‑C₃N₄构建三元异质结不仅能提高光谱利用率和导电性，还能优化带隙结构，产生较强的氧化还原能力。CZB上光生载流子的迁移能力也随之加强，从而抑制其复合率，提高光催化降解性能。本发明所制备的异质结材料在可见光条件下，50min内对TBBPA的降解率可达96％以上。该三元异质结光催化剂制备方法简单、原料来源广泛、价格低廉，易于大规模化生产。

技术领域

本发明属于环境工程技术领域，涉及到碳化锌、黑磷纳米片和石墨相氮化碳三元异质结光催化材料制备技术研究，特别涉及到应用该材料在可见光条件下高效降解四溴双酚A方法的革新。

背景技术

四溴双酚A(TBBPA)是目前常用的溴代阻燃剂，加入到有机合成材料中能抑制燃烧并减少浓烟和有毒气体产生。TBBPA在环境中易于沉降和挥发，可以通过水和空气等介质迁移，致使其成为全球性污染物。大量实验证明，TBBPA对人和动物有肝肾毒性、生殖毒性、胚胎毒性、神经毒性和致癌毒性等，其通过干扰内分泌系统，可改变动物的本能行为，且特别是对儿童可能具有发育毒性。

目前对于环境中TBBPA的降解方法主要分为：生物法、吸附法和光催化法。Liang等人Application of a novel gene encoding bromophenol dehalogenase fromOchrobactrum sp.T in TBBPA degradation.文章中通过将一种具有降解TBBPA能力的基因表达到大肠杆菌中并实现菌株构建，使得菌株可以在96h内完全降解TBBPA(6mg/L)并实现脱溴率78％和矿化率37.8％。利用生物法可以基本实现TBBPA的降解和脱溴，降低其毒性。但是生物降解法也存在缺少具有高选择性的优质微生物，微生物降解机理尚不清楚，环境中溴代阻燃剂含量少，微生物难以对其进行富集和降解等问。Zhang等人的Sorptionenhancement of TBBPA from water by fly ash-supported nanostructuredγ-MnO₂.文章中提出使用负载纳米γ-MnO₂的煤灰粉吸附TBBPA，在40min后达到98％的去除率。该类方法可简单高效地去除TBBPA，但无法将TBBPA降解和矿化，且存在脱吸附困难和吸附剂重复利用率低等劣势。与前两者相比，光催化技术作为一种高级氧化技术，其具有反应条件温和、能耗较少和绿色环保可持续等优势，被认为是处理环境污染有潜力的方法。但该技术存在光生载流子易复合和光利用率低等问题，限制了其实际应用。研究者们通过形貌调控、元素掺杂和晶体结构工程等方法提高光催化剂性能。如Zhou等人的g–C₃N₄ and polyaniline-co-modified TiO₂nanotube arrays for significantly enhanced photocatalyticdegradation of tetrabromobisphenol A under visible light.文章中成功合成了有序的g-C₃N₄和聚苯胺改性的TiO₂纳米管阵列，在可见光下120min内去除了94％的TBBPA。Visible light-driven degradation of tetrabromobisphenol A overheterostructured Ag/Bi₅Nb₃O₁₅ materials等文章中提到光催化剂能够实现TBBPA的去除，但仍存在降解效率低、脱溴率低、光谱利用率低、载流子复合率高、无法完全脱毒和制备工艺复杂等问题。因此，本专利选择改性g-C₃N₄作为基底，与带隙结构合理的半导体材料形成异质结催化材料，构筑界面电场，增加光生载流子分离能力，拓宽光谱利用率，促进活性物种的产生，实现高效低耗降解环境中TBBPA污染的目的。