[发明专利]纳米花结构S-型异质结磷酸银/双钙钛矿复合光催化材料降解抗生素及制备氢气的方法

说明书

本发明公开纳米花结构S‑型异质结磷酸银/双钙钛矿复合光催化材料降解抗生素及制备氢气的方法。该复合光催化材料以立方体晶体磷酸银为基底，将片状无机无铅双钙钛矿晶体分散穿插在立方体表面，最终经过两个晶体组装后形成纳米花形结构S‑型异质结复合纳米光催化材料。本发明光催化材料能够实现抗生素降解效率达到90.32％的同时产生氢气3798.12μmol/g；与一般牺牲剂醇类、染料、Na₂S/Na₂SO₃和葡萄糖24h内制备氢气速率相比可提高2.4倍。本发明具有操作方便、能耗低、无二次污染等优点，适合于大规模制备，在污水处理的同时进行能源回收，在水处理和能源方面有着很高的应用价值和商业价值。

技术领域

本发明涉及光催化技术协同氢能源生产与环境污染物处理，具体涉及一种纳米花结构S- 型异质结磷酸银/双钙钛矿复合光催化材料降解抗生素及制备氢气的方法。

背景技术

随着人类社会工业化的发展，传统化石能源过度消耗，能源危机逐渐成为21世纪人类面临的最大难题。化石能源在地壳中的储量有限且不可再生，在使用过程中会产生CO₂、CH₄等对大气层造成危害的温室气体。氢能被视为最具有发展前景的清洁能源，具有能耗低、操作简单且清洁无污染等优点，而且氢的热值远远超过化石燃料。与此同时，在人类生产生活中污染物的无节制排放，使难降解有机污染物抗生素的过度使用，可能导致其在环境中大量的积累，且难以被生物降解，这可能导致无治疗的人类疾病，严重危害着环境和人类的健康，因而寻找一种高效去除水环境中抗生素的方法，已成为水污染治理中亟需解决的难题。发现光催化降解抗生素的过程与制备氢气过程中的氧化牺牲剂类似，因此利用抗生素替代牺牲剂被光催化剂氧化得到启示，既解决污染物的同时得到清洁能源，最终能够构成经济绿色的技术。

在目前已知的光催化材料中，已开发出许多具有合适带隙和氧化还原能力的光催化剂，窄带隙半导体是目前最理想的光催化材料。窄带隙半导体的代表材料是具有较高量子效率的磷酸银，为了克服吸收波长区域小，光腐蚀严重和还原电位不足等缺陷，各种模式的以磷酸银为基底的催化剂被广泛研究，包括构成异质结，利用表面等离子共振效应等方式对磷酸银改进。磷酸银可以和氧化型无极无铅钙钛矿构成高氧化还原性能，广谱性和量子利用率高的光催化剂能够在降解污染物的同时做到氢气的制备，在处理实际环境问题具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米花结构S-型异质结磷酸银/双钙钛矿复合光催化材料降解抗生素及制备氢气的方法，工艺简单、操作方便、设备简单、成本低，而且产氢效率高、污染物去除效果好、重复利用率高、清洁无污染。

本发明采用以下技术方案：

一种纳米花结构S-型异质结磷酸银/双钙钛矿复合光催化材料降解抗生素及制备氢气的方法，所述纳米花结构S-型异质结磷酸银/双钙钛矿复合光催化材料以立方磷酸银为基底，将片状无机无铅双钙钛矿晶体分散穿插在立方体表面，经过两个晶体组装后形成纳米花形结构S-型异质结复合纳米光催化材料，所述光催化材料能够降解抗生素和同步驱动水中的氢离子生成氢气。

进一步地，所述纳米花结构S-型异质结磷酸银/双钙钛矿复合光催化材料中，磷酸银的质量百分含量为6.8％～9.0％，磷酸银与无机无铅双钙钛矿的质量比为0.2～0.8。

进一步地，所述方法包括以下步骤：将纳米花结构S-型异质磷酸银/双钙钛矿复合光催化材料与抗生素废水混合，在黑暗条件下进行充分搅拌后，装入恒温真空的光降解反应器中，在可见光照条件下进行降解抗生素及制备氢气。

进一步地，光催化材料的用量为每升抗生素废水0.15～0.25g。

进一步地，所述抗生素废水为盐酸四环素废水；所述盐酸四环素废水的浓度为15～20 mg/L。