[发明专利]一种漂浮型光催化材料、制备方法及其降解抗生素废水的处理装置

说明书

本发明属于光催化环保领域，涉及一种漂浮型光催化材料、制备方法及其降解抗生素废水的处理装置，首次采用掺杂铒和在碳化氮表面引入氮化碳硼量子点制备了铒掺杂碳化氮/氮化碳硼量子点复合光催化剂，并以聚氨酯泡沫塑料为漂浮载体，制备漂浮型光催化材料。并设计该漂浮型光催化剂装置。由布水管进水口连续进水，同时氧气通过进气口进入曝气区，经充分混合后，进入反应区，必要时打开氙灯，经漂浮型光催化剂的催化降解，处理后的水样进入出水箱，经出水口出水。当阀门开启时，开启回流泵，漂浮型光催化剂会沿着循环管进去回收区，经过循环管至反应区，实现催化剂的回收。本发明装置简单，应用前景广阔。

技术领域

本发明属于光催化环保领域，涉及一种漂浮型光催化材料、制备方法及其降解抗生素废水的处理装置。

背景技术

目前，全球各地的地表水和地下水中都有不同程度的抗生素污染。现今，由于COVID-19的流行，抗生素治疗也包括在了经验性抗菌治疗中，所以医疗废水中抗生素含量会进一步增加。抗生素残留物通常存在于水环境中。然而，由于它们具有较高的抑菌性，且具有稳定的理化性质。污染水源，直接威胁人类身体健康。常规的污水生物处理方法无法高效率去除这些有机物。光催化技术因简单、去除率高、经济、环保等优点被广泛的应用于降解抗生素领域。光催化材料可以利用光照产生的羟基自由基等强氧化性物种处理污染物，提高其可生化性。但是由于水对光的吸收作用及水中悬浮颗粒等附着在材料表面等问题导致光催化材料在水体中降解污染物的效率并不高。漂浮型光催化材料解决了水体自身吸收光和水体中悬浮颗粒等物质遮光及沉积在光催化材料表面等因素所导致的光催化材料降解水中污染物性能低的问题，具有很好的创新性，应用前景广阔。

石墨碳化氮(CN)由于具有宽的可见光响应范围，有效分离光生载流子，在可见光照射下即可表现出优良的光催化性能等优点，被广泛用作光催化剂。一方面，由于铒(Er)具有4f轨道，掺杂Er可以构造缺陷态，降低载流子的复合率。另一方面，氮化碳硼量子点(BCNQDs)上带负电荷的含氧基团将促进光激发空穴的形成，从而促进电荷的分离。本发明首次采用掺杂Er和在CN表面引入BCNQDs制备了铒掺杂碳化氮/氮化碳硼量子点复合光催化剂(记为ErCN/BCNQDs)，并以聚氨酯泡沫塑料(PUF)为漂浮载体，制备漂浮型光催化材料。同时，设计漂浮型光催化装置，推进漂浮型光催化材料的实际应用。

发明内容

针对上述存在问题和技术分析，本发明的一个目的是提供一种漂浮型光催化材料制备方法，具有催化活性高，浮动性稳定等优点。本发明首先通过煅烧法制备Er掺杂的CN(记为ErCN)，之后将BCNQDs牢固地复合在ErCN表面，制得ErCN/BCNQDs可见光催化材料，提高了催化剂的活性和稳定性，由以下组分组成，各组分按质量比的组成为：CN，95～98％，Er的质量百分比为0.05～0.1％，余量为BCNQDs。接着以PUF为漂浮载体，制备浮动性能稳定的漂浮型光催化材料。

本发明的另一目的在于提供一种漂浮型光催化材料降解抗生素废水的处理装置，用于常规的水处理工艺中，弥补常规水处理工艺在处理抗生素废水中的不足。

为了实现上述第一个目的，本发明采用了以下的技术方案：

(1)取Er(NO₃)₃·5H₂O和三聚氰胺分散在硝酸溶液中，在恒温水浴中60～80℃搅拌1～3h。将混合物在60～80℃烘箱中干燥10～14h，研磨成粉末。所得粉末置于带盖石墨坩埚中，在500～550℃的马弗炉中煅烧2～4h，得到ErCN。所述的Er(NO₃)₃·5H₂O和三聚氰胺在硝酸中的质量浓度分别为1.4～2.8g/L、800～1000g/L。硝酸溶液的质量浓度为933～950g/L。