[发明专利]利用改性碳量子点负载中空管状氮化碳光催化剂处理有机污染物和光催化杀菌的方法

说明书

本发明公开了一种利用改性碳量子点负载中空管状氮化碳光催化剂处理有机污染物和光催化杀菌的方法，该方法包括以下步骤：将改性碳量子点负载中空管状氮化碳光催化剂与有机污染物废水或细菌溶液混合进行光催化处理，完成对有机污染物或细菌的处理，其中改性碳量子点负载中空管状氮化碳光催化剂是以中空管状氮化碳为载体，其上负载有改性碳量子点，中空管状氮化碳是以摩尔比为1～5∶1的尿素和三聚氰胺为原料通过水热和煅烧制备得到。本发明处理有机污染物和光催化杀菌的方法具有工艺简单、操作方便、设备简单、成本低廉、处理效率高/光催化效率高、去除效果好/杀菌效果好、清洁无污染等优点，具有很高的应用价值和商业价值。

技术领域

本发明属于可见光催化领域，涉及一种利用改性碳量子点负载中空管状氮化碳光催化剂处理有机污染物和光催化杀菌的方法。

背景技术

人口的快速增长以及经济的迅猛发展使得人类对对水资源的需求日益增加，由此带来的水污染问题是世界性的难题，其中有机污染物对水环境造成的污染问题，已被广泛关注，如抗生素废水作为难降解废水，一直是研究的热点。抗生素由于具有抗菌、抗真菌、抗病毒、抗寄生虫等特性，在医药和水产养殖中有着广泛的应用。四环素(TC)作为抗生素的一种，被世界卫生组织(WHO)视为一种基本药物。然而，动物体内的TC代谢较差，导致大量的药物前体或TC的代谢产物进入水环境。根据以往的报告，在生活污水中抗生素的浓度范围从100ng/L到6mg/L，这些被污染的水体严重危害人类健康。此外，细菌、病毒、真菌等生物危害物质广泛存在于饮用水(地表水、地下水)中，它们对对人体健康构成重大威胁，对水生生态系统也造成不良影响。例如，大肠杆菌作为一种致病性微生物，可以引起多种肠道疾病。

为了解决上述有机污染物废水和细菌等问题，研究人员应用化学絮凝法、生物膜过滤法、物理吸附法、紫外光照等方法，然而这些方法均很难达到理想的处理效果，因而寻找一种简单易行的方法来有效降解有机污染物和杀灭细菌具有很重要的意义。近年来，光催化技术作为一种环境友好、高效、低成本的技术，受到了广泛的关注。然而，传统的光催化剂如TiO₂和ZnO，由于其本身的禁带较宽，从而只能吸收紫外光而不能很好的利用太阳光。

石墨型氮化碳(g-C₃N₄)作为一种共轭聚合物半导体，最近引起了相当大的关注，因为它具有良好的物理化学稳定性，具有吸引力的电子结构和适当的带隙，即2.7eV，在催化和能源方面具有良好的应用前景。但它同时还存在比表面积小、激子结合能高、光生电子空穴复合严重等固有问题，导致其光催化效率较低，这严重制约其在能源和环境光催化领域的实际应用和推广。光催化剂的纳米结构与其物理化学性质以及光催化性能存在非常紧密的联系，当半导体材料的尺度缩小到纳米范围时，将呈现出独特的表面效应、小尺寸效应和量子尺寸效应，而这些效应的协同作用将显著提高纳米材料的光催化性能。纳米线、纳米棒等一维纳米材料因其新颖的光学、电学、磁学、力学等性能，在纳米器件及光催化等诸多领域展示出潜在的应用前景。然而，现有不同形貌的氮化碳光催化剂仍然存在比表面积小、活性位点少、光生载流子复合严重、吸光能力差、光催化活性低等缺点。另外，现有氮化碳光催化剂的制备工艺大多数为模板法，它们的合成过程中需要对模板进行去除，这不利于提高制备效率，且导致制备过程复杂、制备成本较高，耗时耗力，同时这些合成工艺需要广泛使用各种有机材料添加剂或高压条件，其中有机添加剂通常很难完全去除，其残留量不仅会影响氮化碳光催化剂的光催化性能，且这些有机添加剂还可能会对环境造成不利影响，这些问题的存在严重限制了氮化碳光催化剂的广泛应用。因此，获得一种比表面积大、孔洞数量多、活性位点多、光生载流子分离和迁移速率快、吸光能力强、光催化活性高的改性碳量子点负载中空管状氮化碳光催化剂及与之相配套的合成方便、操作简单、对环境无二次污染的改性碳量子点负载中空管状氮化碳光催化剂的制备方法，对于有效去除环境中的有机污染物和有害微生物具有十分重要的意义。

发明内容