[发明专利]一种可见光下Z型催化剂催化降解抗生素的方法

说明书

本发明涉及一种可见光下Z型催化剂催化降解抗生素的方法，称取Na₂WO₄.2H₂O和无机盐溶解到经超声分散的GO溶液中，逐滴滴加酸性溶液，调pH至2，在加热条件下充分反应，冷却收集得到的WO₃/RGO；将有机物和浓盐酸按混合，在高压加热条件下充分反应，收集得到CNDs；用碱性物质中和CNDs溶液至中性，透析处理；将WO₃/RGO与CNDs混合，在加热条件下充分反应，收集产物；称取WO₃/RGO/CNDs与抗生素溶液混合，在可见光下反应。本发明所采用的技术方法操作简便，成本较低，所制备的Z型催化剂WO₃/RGO/CNDs具有优异的光催化性能，在可见光催化下能深度矿化降解抗生素，且具有优异的光催化稳定性，多次循环使用后对污染物仍具有良好的降解效果。

技术领域

本发明涉及无机纳米材料应用技术领域，尤其是涉及一种可见光下Z型催化剂催化降解抗生素的方法。

背景技术

抗生素的发现对医药发展和感染性疾病的治疗具有划时代意义。目前上市的抗生素有10余类300多种，除临床上用作治疗感染性疾病外，还用作饲料添加剂来提高饲养效率。抗生素不能被人体或动物完全吸收，未经吸收的抗生素将随排泄物进入环境中。抗生素具有难降解、难生化、水溶性较好等特点，通过吸附、迁移、沉积等行为，抗生素在环境中累积和广泛分布。环境中的抗生素可通过食物链累积到人体中，或诱发抗生素抗性基因的产生，危害人类健康和生态安全。

目前抗生素废水的处理技术可划分为物理法、化学法、生物法及联合法。物理法包括吸附、膜过滤、分子印迹技术等，物化法包括气浮和沉淀等，化学法主要指氧化还原技术，生物法主要指通过活性污泥系统或膜反应器中的微生物降解有机物。活性炭的比表面积大，具有发达的微孔结构，被广泛用作处理抗生素废水的吸附剂。由于能与污染物更充分地接触，与颗粒活性炭相比，粉末活性炭能更高效地处理污染物，但存在回收和再生难等问题。目前常用的活性炭再生手段包括热再生、溶剂再生、生物再生、催化湿式氧化法等方法。膜过滤技术利用分子量较大的抗生素不能通过膜上小尺寸孔隙从而实现与溶剂分离的原理去除废水中的抗生素。其中纳滤和反渗透的处理效果比较好，COD去除率高，但存在滤膜易堵且造价较贵的问题。分子印迹技术以目标分子为模板，功能单体与模板分子结合并发生交联反应形成聚合物，洗脱模板剂后即形成具有固定大小和形状的空穴，该空穴对目标污染物具有高亲和性和高选择性。当以抗生素分子为模板时，即可合成能专性高效降解该种抗生素的分子印迹聚合体。分子印迹聚合体的机械强度较好，多次重复使用后仍能保持较高活性，是处理抗生素废水的有效手段，但同时也存在功能单体、交联剂和聚合方法的选择局限较大的缺点。生物法可分为好氧法和厌氧法。由于抗生素抑制微生物的活性，抗生素废水的可生化性较差，常需将好氧法和厌氧法联用以提高处理效率。尽管生物法处理成本较低，可规模化处理，但污泥中的微生物长期暴露于抗生素存在的环境中可能会筛选出含抗性基因的微生物，此时处理效率会大大降低，且不利于生态安全。

光催化技术属氧化还原技术中的一种，是指在光辐射下，当光能大于半导体材料的带隙能，半导体价带上的电子会吸收光能跃迁到导带上，并在价带上留下强氧化性的空穴。光生空穴能与吸附在半导体表面的H₂O反应生成强氧化性的羟基自由基·OH，光生电子可与溶解氧反应生成超氧自由基·O^2-，·O^2-经一定途径也可转化为·OH，这些活性物种能将有机污染物最终氧化为CO₂和H₂O等小分子，从而实现污染物的去除。常用作处理污染物的光催化剂有：TiO₂、ZnO、WO₃、Ag₃PO₄、BiOX(X＝Cl,Br,I)、SnO₂、Fe₂O₃、CdS等，尽管这些光催化剂单独作用时也有较好的光催化性能，但普遍存在光生载流子对复合率高，可见光响应波长范围窄的特点，对半导体光催化材料进行改性，是提高其光催化性能的有效手段。

发明内容