[发明专利]一种利用氮空位掺杂氮化钨改性的磷酸银复合光催化剂处理抗生素废水的方法

说明书

本发明公开了一种利用氮空位掺杂氮化钨改性的磷酸银复合光催化剂处理抗生素废水的方法，采用氮空位掺杂氮化钨改性的磷酸银复合光催化剂对抗生素废水进行处理，其中氮空位掺杂氮化钨改性的磷酸银复合光催化剂包括氮空位掺杂氮化钨纳米片，氮空位掺杂氮化钨纳米片上负载有磷酸银颗粒。本发明中，采用氮空位掺杂氮化钨改性的磷酸银复合光催化剂对抗生素废水进行处理，通过催化剂的降解作用实现对对废水中抗生素的有效去除，具有成本低廉、处理效率高、去除效果好、重复处理效果好等优点，且能够适用于各种性质的抗生素废，能够在高硫酸盐的胁迫下实现对废水中抗生素的完全降解去除，表现出非常好的适应性，有着很高的使用价值和很好的应用前景。

技术领域

本发明属于半导体材料光催化应用、环保技术领域，涉及一种抗生素废水的处理方法，具体设计一种利用氮空位掺杂氮化钨改性的磷酸银复合光催化剂处理抗生素废水的方法。

背景技术

随着经济和现代工业的快速发展，抗生素对环境和生态带来的污染问题已成为当今最严重的问题之一。以青霉素为例，青霉素是抗菌素的一种，是指分子中含有青霉烷、能破坏细菌的细胞壁并在细菌细胞的繁殖期起杀菌作用的一类抗生素，是由青霉菌中提炼出的抗生素。由于其具有高效治疗细菌性感染的疗效，被广泛应用。在青霉素的生产过程中，青霉素生产发酵液经过滤除去菌渣，其滤液通过溶媒萃取、溶剂回收后会产生大量的废液，此类青霉素生产废水主要含有蛋白质、糖类、醇类及青霉素的残余物等，并含有高浓度的硫酸根离子和高浓度的残留溶酶，因而该废水中有机物浓度高、碳氮营养源比例失调、氮源过剩，同时废水中含有大量硫酸盐及部分残留青霉素效价，而高硫酸盐的存在以及青霉素废水中含有的大量残留药物效价，对于大多数有机废水生化处理系统的微生物有较强的抑制和杀菌作用。特别的，硫酸盐浓度高通常高于5000mg/L，这是由于在青霉素生产的提取和冷却工段使用了大量的硫酸盐(SO₄^2-)，这使其排放的生产废水中SO₄^2-的浓度较高，给废水的厌氧生物处理带来严重的影响。

传统生化处理系统，很难在高盐胁迫和青霉素存在条件实现废水的高效处理，开发新型高效的高硫酸盐青霉素废水处理是十分必要的。光催化技术以其反应条件温和、能直接利用太阳能转化为化学能的优势，成为一种在能源和环境领域极具应用前景的绿色技术。然而，现有光催化材料，如大多数半导体光催化剂在可见光区域的光催化活性仍不理想，这阻碍了光催化技术的进一步发展和应用。此外，高浓度的硫酸根离子会抑制光催化剂的催化活性，使催化剂中毒失效。因此研究和开发同时具备高效可见光催化性能和抗高硫酸盐性能的催化剂是解决这一技术瓶颈的关键。

在众多具有可见光活性的催化剂中，磷酸银(Ag₃PO₄)表现出优异的有机污染物降解能力，其中Ag₃PO₄独特的能带位置使其价带中的光生空穴具备强氧化能力，可以直接氧化和降解污染物，但是Ag₃PO₄单体的光催化效率有待进一步提高，此外其光腐蚀较为严重，这严重阻碍了它的推广应用，而光腐蚀的根本原因是光生电子-空穴对的复合过程远快于捕获-转移的过程，这使得Ag⁺被光生电子还原成银单质，破坏Ag₃PO₄晶体结构，降低光吸收性能，从而使光催化活性降低，重复利用性变差，这严重阻碍了它的推广应用。此外，Ag₃PO₄单体的抗硫酸盐性能亦是有待进一步加强。

目前，通过添加改性剂对磷酸银进行结构性能改性是实现光生载流子分离的有效途径。然而，改性的磷酸银催化剂仍然存在光生电子-空穴对分离效率低、抗光腐蚀性弱、光催化活性弱的缺点，导致催化剂不能够满足高效降解去除有机污染物的要求，从而极大的限制了现有磷酸银复合光催化剂的推广和应用。因此，如何克服现有磷酸银材料中存在的光生电子-空穴对分离效率低、光催化活性差、重复利用性差、抗高硫酸盐性能低等问题，以获得一种光催化活性好、重复利用性好、耐高硫酸盐的改性磷酸银复合光催化剂，对于实现对高盐青霉素废水的有效处理具有十分重要的意义。

发明内容