[发明专利]一种三元复合光催化纳米反应器及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种光催化剂，特指一种三元复合光催化纳米反应器及其制备方法和用途。

背景技术

近年来，由于抗生素药物的不合理利用，对环境产生了较大的危害，以四环素类抗生素为例。四环素类抗生素(Tetracycline Antibiotics,TCs)是由放线菌属产生的或半合成的一类广谱性抗菌药物，主要包括四环素、土霉素和金霉素，在促进畜禽生长、提高饲料报酬、疾病防治等方面发挥着重要作用。由于畜禽养殖业的需要造成滥用四环素类药物的情况时有发生，而养殖业大量使用抗生素最终导致养殖产品抗生素残留。因此给人和动物的健康带来潜在的危害，实践证明抗生素进入人或是动物体内后，大约70％不能被吸收，而是以母体化合物的形式直接被排出体外，并随粪便进入到城市的污水处理系统。由于各种污水处理过程对污水中的这类物质不起作用或作用很少，最终被排放到环境中，对环境污染构成潜在威胁(如：遗传变异、抗药性、双重感染、毒理性和过敏性反应等，尤其是因抗药性引发了超级细菌的出现，引起了全世界的关注)。许多研究报告表明抗生素已广泛存在土壤、地表水、地下水、沉积物、城市污水以及动物排泄物氧化塘中。因此，消除环境中抗生素残留带来的环境污染和食物链产品安全等问题已是科研工作者迫切需要解决的重大问题。

目前，国内外用于抗生素残留处理的研究起步均比较晚，主要的方法有：物理处理方法、化学处理方法、生物处理方法以及多种方法的组合。这些方法各有独特优点，也各有其局限性。光催化技术(Photocatalysis Technology)以半导体材料为光催化剂，自然光作为激发，通过与污染物分子的界面相互作用实现特殊的催化或转化效应，使周围的氧气及水分子激发成极具氧化力的自由负离子，从而达到降解环境中有害有机物质的目的，该方法不会造成资源浪费与附加污染的形成，且操作简便，是一种绿色环保的高效处理技术。

近年来，g-C₃N₄的作为新型有机半导体材料引起了人们的广泛关注，主要是由于g-C₃N₄具有良好的化学稳定性及可直接利用可见光等优点，因而在光催化氧化环境污染物等方面具有广阔的前景。但是由于其光能利用率低、难回收、电子-空穴易复合等缺点使其应用受到限制。

为了弥补以上两个缺点，现有报道中(Santosh Kumar,Surendar T,Bharat Kumar,et al.Synthesis of Magnetically Separable and Recyclable g-C₃N₄-Fe₃O₄Hybrid Nanocomposites with Enhanced Photocatalytic Performance.J.Phys.Chem.C 2013,117,26135-26143)，将四氧化三铁与氮化碳相结合，可以有效提高复合催化剂的光催化活性。以及(Weibing Li,Chang Feng,et.Al.Fabrication of sulfur-doped g-C₃N₄/Au/CdS Z-scheme photocatalyst to improve the photocatalytic performance under visible light.Applied Catalysis B:Environmental 168-169(2015)465–471)报道了g-C₃N₄/Au/CdS Z型异质结光催化剂对RhB的光催化降解。但是，上述报道中一方面四氧化三铁容易脱落性能不稳定，而且g-C₃N₄/Au/CdS的合成成本较高。另一方面以上所制备的复合材料光催化活性仍有待提高。本文成功制备了低成本高稳定性的介孔SiO₂包覆的SiO₂/Fe₃O₄/g-C₃N₄复合光催化纳米反应器。研究发现介孔SiO₂作为透明层可增强对目标物的吸附位点，对光催化反应提高微环境，使光催化降解过程连续，且可有效保护Fe₃O₄/g-C₃N₄，增强复合体系的稳定性。

发明内容