一种碱金属掺杂改性g-C3N4光催化纳米材料及其制备方法和去除水中抗生素的应用
本发明涉及环境工程及光催化，具体涉及一种碱金属掺杂改性g-c3n4光催化纳米材料及其制备方法和去除水中抗生素的应用。
背景技术：
1、公开该背景技术部分的信息旨在增加对本发明总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
2、我国作为农业大国和人口大国，每年工厂生产和各行业使用的抗生素量居世界前列。但由于生物体摄入的大部分抗生素仍以原形式或残留物被排出生物体外流入到水环境中，导致近几年来我国的地表水、地下水甚至水源地中都能检测出多种抗生素。
3、目前普遍应用的抗生素降解方法主要分为物理吸附、生物转化和化学降解三大类。物理方法仅适用于将抗生素残留物从水环境中物理分离，无法根除水中的抗生素分子。生物转化法需要将活性生物引入水生环境，外来生物的引入可能会破坏生环境的原生生态环境。化学降解法可以对大部分抗生素进行高效且彻底的降解，但传统的化学方法仍具有一定的局限性，如额外添加药剂导致水体的二次污染等问题。并且目前的光催化材料在光催化降解抗生素的实际应用中其带隙较大对太阳光的利用率不高导致电子空穴复合率高，催化性能易失效，结构不稳定等问题。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本发明的第一个目的在于提供一种改性石墨相碳化氮（g-c3n4）光催化材料的制备方法。本发明利用碱性物质修饰改性g-c3n4，制备出在光驱使下有更好的催化降解抗生素特性的光催化材料。
2、本发明的第二个目的在于提供上述方法制备的改性g-c3n4光催化材料。所述改性g-c3n4光催化材料具有良好的光催化性能，在光照条件下对四环素类、磺胺类、罗红霉素类、氧氟沙星类、诺氟沙星类等抗生素药物普遍有较好的降解效果。
3、本发明的第三个目的在于提供上述碱金属掺杂改性g-c3n4光催化材料的应用。
4、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
5、一种碱金属掺杂改性g-c3n4光催化纳米材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
6、（1）、将三聚氰胺，碱金属前驱体，水和有机溶剂混合，搅拌，干燥，球磨，再进行加热反应，得到前驱体粉末；
7、（2）、将步骤（1）得到的前驱体粉末加入碱性溶液中，搅拌，干燥，得到所述改性g-c3n4光催化材料。
8、进一步地，步骤（1）中，所述碱金属前驱体为碱金属碳酸盐，碱金属氯化盐和碱金属硫酸盐中的至少一种。
9、进一步地，所述碱金属前驱体为氯化钾。
10、进一步地，步骤（1）中，所述有机溶剂为甲酰胺，乙腈，甲醇，乙醇，丙醇，丙酮和正丁醇中的至少一种。
11、进一步地，所述有机溶剂为乙醇。
12、进一步地，步骤（1）中，所述三聚氰胺，碱金属前驱体，水和有机溶剂的质量体积比为（1-3） g：（5-10） g：30 ml：30 ml。
13、进一步地，所述三聚氰胺，碱金属前驱体，水和有机溶剂的质量体积比为（1-2） g：（6-8） g：30 ml：30 ml。
14、进一步地，所述三聚氰胺和碱金属前驱体采用市售的产品，可采用分析纯或者优级纯。
15、进一步地，步骤（1）中，所述搅拌的时间为0.5-48 h。
16、进一步地，步骤（1）中，所述干燥的温度为30-120℃，时间为4-48 h。
17、进一步地，步骤（1）中，所述球磨的时间为0.5-3 h。
18、进一步地，步骤（1）中，所述加热反应的温度为450-650℃，时间为2-6 h，升温速率为1-20℃/min。
19、进一步地，所述温度为500-600℃，时间为3-5 h，升温速率为1-10℃/min。
20、进一步地，步骤（2）中，所述碱性溶液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液等碱性溶液。
21、进一步地，所述碱性溶液的浓度为0.01-10 mol/l。
22、进一步地，步骤（2）中，所述前驱体粉末和碱性溶液的质量体积比为3-5 g：30 ml。
23、进一步地，所述碱性溶液的浓度为0.1-2 mol/l
24、进一步地，步骤（2）中，所述搅拌的时间为12-48 h。
25、进一步地，所述搅拌的时间为24-36 h。
26、进一步地，所述搅拌后还需进行离心。
27、进一步地，所述离心的转速为3000-10000 r/min，时间为3-30 min。
28、进一步地，步骤（2）中，所述干燥的温度为55-65℃，时间为24-30 h。
29、进一步地，所述干燥的温度为55-65℃，时间为24-30 h。
30、本发明通过三聚氰胺与碱金属前驱体混合研磨、煅烧的方法得到碱金属掺杂的g-c3n4前驱体，再使其与碱液反应得到碱改性g-c3n4；该法的碱性化过程中破坏了g-c3n4材料的边缘结构，打破了原有材料的电子平衡，使材料更容易受光激发生成自由电子从而降低了本材料的带隙宽度，在更大程度的利用了太阳光的同时使材料自身的稳定性及光催化活性有了显著的提升。
31、上述方法制备的碱金属掺杂改性g-c3n4光催化纳米材料。
32、上述碱金属掺杂改性g-c3n4光催化纳米材料去除水中抗生素的应用。
33、有益效果：（1）、本发明通过三聚氰胺和碱金属前驱体简单的混合、煅烧的方法得到g-c3n4前驱体，再使其与碱液反应得到碱性化的g-c3n4；所述方法具有操作简单，原料易得和成本低等优点。
34、（2）、本发明制备的碱金属掺杂改性g-c3n4光催化材料具有良好的光催化性能，对四环素、磺胺嘧啶和氧氟沙星等典型抗生素具有显著的降解效果，并且其降解效果不受水质的影响，具有重要的应用价值。
技术特征：
1.一种碱金属掺杂改性g-c3n4光催化纳米材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述碱金属前驱体为碱金属碳酸盐，碱金属氯化盐和碱金属硫酸盐中的至少一种；
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述碱金属前驱体为氯化钾；
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述加热反应的温度为500-600℃，时间为3-5 h，升温速率为1-10℃/min。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述碱性溶液的浓度为0.1-2 mol/l；
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述碱性溶液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述搅拌的时间为12-48h；
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述搅拌的时间为24-36 h；
9.权利要求1-8任一项所述的方法制备的改性g-c3n4光催化纳米材料。
10.权利要求1-8任一项所述的方法制备的改性g-c3n4光催化纳米材料和/或权利要求9所述的改性g-c3n4光催化纳米材料的应用，其特征在于，所述改性g-c3n4光催化纳米材料用于光催化去除抗生素领域。
技术总结
本发明涉及环境工程及光催化技术领域，具体涉及一种改性g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;光催化材料及其制备方法和应用。所述制备方法包括以下步骤：将三聚氰胺，碱金属前驱体，水和有机溶剂混合，搅拌，干燥，球墨，再进行加热反应，得到前驱体粉末；将前驱体粉末加入碱性溶液中，搅拌，干燥，得到所述改性g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;光催化材料。所述制备方法具有操作简单，原料易得和成本低等优点；所述改性g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;光催化材料具有良好的光催化性能，对四环素、磺胺嘧啶和氧氟沙星等抗生素具有显著的降解效果，并且其降解效果不受水质的影响，具有重要的应用价值。
技术研发人员：宋晓哲,许崇庆,任从哲,闫丛,李旭阳,陈蕾
受保护的技术使用者：齐鲁工业大学（山东省科学院）
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23