[发明专利]一种利用金属有机骨架衍生物-半导体杂化的光电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金属有机骨架衍生物‑半导体杂化的光电电极处理抗生素废水的方法，该方法是以金属有机骨架衍生物杂化半导体的光电电极为阳极通过光电催化反应对抗生素废水进行处理，其中以锐钛矿TiOsubgt;2/subgt;‑NTs为导电基底，TiOsubgt;2/subgt;‑NTs内负载有NHsubgt;2/subgt;‑UiO‑66(Zr)的衍生物Ar‑ZrOsubgt;2/subgt;，经过氩气高温雕刻还原制得光电电极Ar‑ZrOsubgt;2/subgt;/Tisupgt;3+/supgt;‑TiOsubgt;2/subgt;。本发明方法，不仅具有去除效果好、循环效率高、稳定性好、应用型强等优点，而且还具有可回收性好、无二次污染等优点，是一种可以被广泛采用、能够高效去除抗生素的处理方法，有着很高的使用价值和应用前景。

技术领域

本发明属于光电催化阳极制备技术领域，涉及处理抗生素废水，具体涉及一种利用金属有机骨架衍生物-半导体杂化的光电电极处理抗生素废水的方法。

背景技术

新兴污染物抗生素对人类健康的潜在负面影响以及在生态系统中产生耐药性基因的风险引起了广泛关注。抗生素的低浓度和高毒性阻碍了传统的水净化方法如混凝、沉淀、氯化、消毒、生物降解、物理吸附和化学氧化等污水处理途径的有效去除。此外，抗生素的富集往往导致无效的降解效果。因此，迫切需要开发先进和创新的策略，以有效和快速降解水中的抗生素。

新型光电催化(PEC)技术已被广泛认为是一种绿色、高效的电化学辅助光催化系统的替代品。在这项技术中，通过施加一定的阳极偏压，光生电子通过电路向对电极移动，导致电极内部产生势梯度，有效促进了光生电子与空穴(e^-和h⁺)的分离。但光电催化技术的实际应用报道较少，重点需要电极满足以下条件:(1)以非粉末状态参与反应，避免催化剂回收困难；(2)激发电极的光敏度和光学响应范围；(3)催化剂与导电基底结合稳定，活性组分产量高。

对于传统的光电催化电极，粉末材料通常涂覆在导电基底上。然而，涂覆的粉末材料与基底结合不牢固，容易脱落。此外，涂覆电极降低了材料和导电基底之间的传质速率。因此，需要找到结构独特的基底，实现与催化材料的有效结合。近年来，研究表明纳米结构在三维衬底上原位生长，不影响光敏剂的催化性能，并能保持其稳定性和导电性。TiO₂作为一种半导体金属氧化物，易于合成形状可调的TiO₂-NTs结构，采用阳极氧化法制备的TiO₂-NTs可以通过调节氧化条件来精确控制其结构参数(孔径、壁厚和长度)，有序且排列紧密的纳米管提供了坚实的支撑结构，以允许特定的电活性材料加载，并减少由多个辐射散射体引起的光反射损失。但是，由于TiO₂带隙大导致可见光利用率低，它并不是理想的电极基板。

MOFs是由无机金属中心与有机配体通过自组装相连，形成的一类有周期性网状结构的晶态多孔材料。由于多孔性、大比表面积、多金属位点和类半导体特性，MOFs表现出优异的光敏性和可见光传感性能。目前，MOFs在光电催化体系中的应用很少，大多数MOFs材料光催化活性差、合成过程复杂，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。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。上述问题的存在极大限制了其在环境中的推广和应用。因此，改善MOFs存在的问题与不足以获得一种合成简单、操作方便、性能优异的光电催化阳极对废水中抗生素的处理具有重要意义。

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，提供一种可回收利用好、去除效率高、循环性能好、实际应用强的金属有机骨架衍生物杂化半导体的光电电极，用于处理抗生素废水。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：