[发明专利]一种可见光辅助活化过硫酸盐降解水中抗生素的光催化剂

说明书

本发明公开了一种可见光辅助活化过硫酸盐降解水中抗生素的光催化剂，所述光催化剂为N和S对TiO₂和碳层共掺杂形成的N/S‑TiO₂@C光催化剂；所述光催化剂的制备方法包括：将Ti₃C₂和氮源置于酸性溶液中，反应完成后洗涤、干燥，向得到的黑色前驱体中加入硫源，研磨混合，将所得粉末加热后冷却，之后煅烧得到所述光催化剂；本发明提供的光催化剂具有较大的比表面积和中孔孔容，有利于有机污染物吸附在催化剂的表面和光催化反应；本发明提供的光催化剂在可见光条件下是一种稳定且催化作用优异的过硫酸盐(PS)活化剂，在可见光活化PS处理有机废水中具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于催化剂制备技术领域，具体涉及一种可见光辅助活化过硫酸盐降解水中抗生素的光催化剂。

背景技术

高级氧化技术是以生产自由基(多为·OH)降解有机污染物的技术，通常可分为过氧化氢(H₂O₂)氧化、臭氧(O₃)氧化、过臭氧氧化(H₂O₂和O₃的组合)、催化臭氧化、光催化以及基于超声(US)的氧化技术等。最近，基于硫酸根自由基(SO₄^·-)的高级氧化技术(S-AOPs)受到了广大学者的关注和研究。SO₄^·-的氧化还原电势为2.5-3.1V，寿命长达30-40μs(·OH为20ns)，在pH为2.0-9.0范围都有很好的选择性，是一种能够有效降解水中有机污染物的强氧化性自由基。通常，SO₄^·-可以利用紫外线、超声波、热、碱性物质、过渡金属离子、金属氧化物、光催化和碳基材料等活化过硫酸盐(PS)或过一硫酸盐(PMS)获得。在众多技术中，可见光催化技术由于绿色环保节能，以及碳基材料本身无毒、成本低、具有良好的化学稳定性，被认为是活化PS/PMS非常有效的方法。

MXene作为一种主要由钛和碳元素组成的二维纳米材料，高温煅烧可以合成TiO₂@C复合催化剂。MXene生成的碳层能够接收TiO₂产生的光生电子，从而抑制了电子-空穴的复合，使得TiO₂@C具有很好的紫外光催化活性。TiO₂@C进行紫外光催化反应过程中，只有TiO₂能够被激发，若碳原子没有进入TiO₂晶格，碳层只起到接收电子的作用，因此TiO₂@C不具备可见光活性。因此，研发一种对TiO₂@C进行改性的方法，使其具有良好的可见光催化活性，对于TiO₂@C的推广应用及过硫酸盐降解水中有机污染物具有重要意义。

发明内容

为解决现有技术中的上述问题，本发明提供了一种可见光辅助活化过硫酸盐降解水中抗生素的光催化剂。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

本发明提供了一种可见光辅助活化过硫酸盐降解水中抗生素的光催化剂，所述光催化剂为N和S对TiO₂和碳层共掺杂形成的N/S-TiO₂@C光催化剂。

本发明还提供了上述光催化剂的制备方法，包括以下步骤：将Ti₃C₂和氮源置于酸性溶液中，反应完成后洗涤、干燥，向得到的黑色前驱体中加入硫源，研磨混合，将所得粉末加热后冷却，之后煅烧得到所述光催化剂。

进一步地，所述氮源为十六烷基三甲基溴化铵，所述硫源为硫粉，所述酸性溶液为浓度为0.05mol/L的盐酸溶液。

进一步地，所述Ti₃C₂与十六烷基三甲基溴化铵的质量比为1∶(3～5)，所述黑色前驱体与硫粉的质量比为1∶(2～3)。