[发明专利]一种自由基增强趋光移动的光响应富集协同降解污染的光催化体系的制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种自由基增强趋光移动的光响应富集协同降解污染的光催化体系的制备方法及应用，本发明提供的增强趋光移动的衣藻/氮化碳复合光催化体系具有更高的趋光运动能力、光源利用率、光催化降解性能等优点，该复合体系是基于已有的光诱导定向移动微藻光催化体系上，提升了驱光移动能力，增强了体系的光响应富集能力，增强了体系在实际水体中的利用效率，且绿色环保。

技术领域

本发明涉及水体治理的技术领域，具体涉及一种自由基增强趋光移动的光响应富集协同降解污染的光催化体系的制备方法。

技术背景

水体污染以毒性和使水中溶解氧减少的形式对生态系统产生影响。高级氧化工艺,被公认是一种去除水体中多种污染物的可行方法。其中光催化氧化工艺已被广泛研究用以降解有机污染物，具有反应条件温和、运行成本低、效率高等特点。

然而领域发表的研究主要集中于如何提高催化剂的光催化性能，而大多忽略了光催化剂投入实际应用时遇到的问题，因此可转化为成果相对较少。目前光催化领域中热门的光催化剂，如碳基半导体、金属氧化物、过渡金属硫化物等，在投入自然水体应用时普遍不能均匀分布，易沉降到光照不到的水底，又或是日光照射不能均匀分布，产生阴影区域，暗处与水底的光催化剂无法获得足够的光能降解污染物而造成利用率低；其次还有高成本，难以回收带来的高污染等局限性。

现有的光催化剂载体集中于如何提高光催化剂体系的理论催化性能，如通过3D打印多孔陶瓷负载金属有机框架催化剂实现高比表面积、多孔网络中的分级物质传输通道，达到高效催化降解有机染料。目前传统的无机载体已经被广泛研究，证实无法轻易、低成本的实现大规模光诱导富集。通过在自然界中能对光响应、有生命的微生物来实现驱动似乎成为了简易可行的方案。藻类作为一种具有趋光性的微生物已被广泛研究，它会向光照强的地方富集，是可行的光催化剂载体。

类石墨相氮化碳g-C₃N₄作为一种生物毒性低的光催化剂，也广泛用于研究与微生物的耦合体系里，有研究将石油降解细菌与氮化碳结合实现了高效率的协同降解石油，生物光催化系统协同促进C16 烷烃去除的主要机理是生物降解和光催化的综合作用。但这类研究仅提高的光催化体系的效率，并没有解决光催化体系的实际应用遇到的瓶颈。

目前光催化领域尚缺乏光响应富集型的光催化剂体系。因此，建立和研究相应的生物光催化体系显得非常重要和必要。在此，我们设计由光催化剂g-C₃N₄和衣藻构成的生物光催化复合体系，用于提升实际应用时光催化效率。

莱茵衣藻作为常见的绿藻属，具有一定的正趋光性和负趋光性，还可以吸收水体中的含氮磷盐，已经被广泛证实。研究证明适量活性氧可以促进藻类正趋光性，所以可以通过复紧密耦合光催化剂增强其正趋光性。由于g-C₃N₄的光催化性质一般，吸收光能时电子-空穴复合速率快，在氮化碳表面增加孔隙可以提高其催化活性。

故本研究制备了片状多孔氮化碳，利用其高比表面积和高催化活性结合莱茵衣藻以实现自由基增强趋光移动的光响应富集协同降解污染的光催化体系。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有光催化领域应用中光催化材料高浪费率、高污染、高成本等问题，本发明公开了一种自由基增强趋光移动的光响应富集协同降解污染的光催化体系的制备方法。

本发明的制备方法通过高温热聚合法制备得到石墨相氮化碳，并通过超声、搅拌、分离等办法得到片状多孔氮化碳，并于莱茵衣藻相耦合，通过片状多孔氮化碳产生的高自由基浓度促进莱茵衣藻的正趋光性，并通过莱茵衣藻对含氮磷盐的吸收能力和片状多孔氮化碳对有机污染的降解能力实现协同降解。

本发明的另一目的在于解决已有水体治理环境手段的高成本、难回收等困难。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：