[发明专利]利用可见光响应半导体-MOFs杂化光电催化材料电极处理抗生素废水的方法

说明书

本发明公开了一种利用可见光响应半导体‑MOFs杂化光电催化材料电极处理抗生素废水的方法，该方法是以可见光响应半导体‑MOFs杂化光电催化材料电极为阳极通过光电催化反应对废水中的抗生素进行处理，其中可见光响应半导体‑MOFs杂化光电催化材料电极是以氮氟共掺杂二氧化钛电极片为电极基底，其上负载有ZIF‑8。本发明方法，不仅具有回收利用快、去除效果好、循环效率高、实用性强等优点，同时还具有原料用量少、无二次污染、所用试剂简单易得等优点，是一种可以被广泛采用、能够有效去除水体中抗生素的处理方法，有着很高的使用价值和应用前景。

技术领域

本发明属于光催化电极材料制备技术领域，具体涉及一种利用可见光响应半导体-MOFs杂化光电催化材料电极处理抗生素废水的方法。

背景技术

药物的持续广泛使用以及人们对个人护理产品和美容产品的需求不断增加，水污染已逐渐成为全球关注的主要环境问题。由于具有较高的溶解度、耐用性和高毒性，近年来由抗生素造成的水污染已成为一个新兴问题。据报道，未经处理的生活污水中的抗生素浓度为100ng L^-1至6μg L^-1。磺胺类抗生素是常用的抗生素之一，其对低浓度细菌具有高毒性且对自然种群细菌易产生抗药性，因此，如何有效治理磺胺类抗生素废水是水污染治理中亟需解决的热点研究。传统的处理方法，如物理吸附、生物降解和化学氧化等，已被用于去除废水中的污染物。然而，传统工艺多存在降解周期长、易二次污染等问题，因此有效地从环境中去除抗生素废水的处理挑战需要寻找新的策略。基于上述技术基础，原位生长构造有效光阳极解决了这些问题，既缩短了处理周期，又有效避免了催化剂引起的二次流失污染，且循环使用方便快捷、重复利用效率稳定，具有很好的实际应用前景。

TiO₂由于其光催化剂的基础而被广泛用于构建有效的光阳极，但纯TiO₂只能吸收紫外线，不能被可见光直接激发，而可见光约占太阳辐射的43％。晶格掺杂是将TiO₂应用于催化的常见策略，晶格掺杂主要是为了减小TiO₂的禁带宽度，以产生中间能带，该能带将其响应扩展到可见光区域。对于TiO₂，N掺杂被认为是有效缩短带隙并将吸收波长扩展到可见光的方法之一。然而，N-TiO₂的价带上方N 2p和O 2p的混合间隙导致其在光激发下光生空穴的氧化能力相对较低，这极大的限制了二氧化钛在光电催化领域中的应用。

除了基于半导体的光催化剂外，MOFs近年来也在催化领域中占有一席之地。与半导体相似，MOFs中的有机配体可以吸收光并通过配体-金属电荷转移激活金属簇(LMCT)，因此MOFs可以通过光照射来激发以获得电子-空穴对。由于具有类似特性，MOFs在催化及其他领域也具有广泛的应用。目前，MOFs在光电催化体系中的应用很少，而现有的研究仍停留在通过在导电玻璃上涂覆粉末状催化剂来构建光阳极的过程，从而导致稳定性和重复性的不断下降。另外，关于MOFs负载至基底原位生长的研究很少，而现有MOFs复合材料主要以粉末状为主，难以有效回收且易造成二次污染，同时现有MOFs复合材料还存在导电性差、光利用能力较弱等问题，上述问题的存在极大的限制了其在环境中的推广和应用。因此，获得一种械稳定性强、催化性能优异、循环效率高、光利用能力强的半导体-MOFs杂化光电催化材料电极，对于提高光电催化技术对抗生素废水的处理效果具有十分重要的意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种回收利用快、去除效果好、循环效率高、实用性强的利用可见光响应半导体-MOFs杂化光电催化材料电极处理抗生素废水的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：