本發(fā)明涉及光催化水處理，特別是涉及一種降解頭孢噻肟鈉的光敏劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、石墨相氮化碳(g-c3n5)是無金屬的納米光敏劑。c3n5的骨架特性描述和揭示了其獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)，其獨(dú)特的骨架特性使其帶隙小、電荷-空穴分離效率高、可見光吸收范圍寬，較高的氮原子含量也能促進(jìn)c3n5中電子的轉(zhuǎn)移。此外，與一些傳統(tǒng)的鐵系、鉍系等光催化劑相比，c3n5具有一個(gè)可調(diào)節(jié)的電子結(jié)構(gòu)，它是一個(gè)非常環(huán)保和穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，c3n5易于維護(hù)和無污染的光敏劑。但是，g-c3n5只能吸收波長(zhǎng)小于500nm的太陽光，其太陽能轉(zhuǎn)化效率仍不夠理想。

2、為了進(jìn)一步提升g-c3n5的光催化轉(zhuǎn)化效率，各種改性手段包括結(jié)構(gòu)調(diào)控以雜元素?fù)诫s、半導(dǎo)體或碳材料復(fù)合等都曾被大量報(bào)道用于增加反應(yīng)活性位點(diǎn)、增強(qiáng)光吸收和提高載流子的分離/遷移能力。

3、然而，上述方法的合成仍是一種挑戰(zhàn)。因此，急需開發(fā)一種穩(wěn)定、低成本的有效改性方式，以提高g-c3n5的光催化活性，降解有機(jī)污染物。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種降解頭孢噻肟鈉的光敏劑及其制備方法和應(yīng)用，本發(fā)明提供的光敏劑能夠高效降解頭孢噻肟鈉。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供了一種降解頭孢噻肟鈉的光敏劑，磷摻雜石墨相氮化碳表面原位重結(jié)晶在3,4,9,10-苝四甲酰二亞胺上，得到光敏劑；

4、所述磷摻雜石墨相氮化碳為顆粒塊狀結(jié)構(gòu)，所述3,4,9,10-苝四甲酰二亞胺為棒狀結(jié)構(gòu)。

5、本發(fā)明還提供了一種上述技術(shù)方案所述光敏劑的制備方法，包括以下步驟：

6、1)將3-氨基-1,2,4-三唑與三聚氯化磷腈混合后依次進(jìn)行熱聚合反應(yīng)和共聚熱處理，得到磷摻雜石墨相氮化碳；

7、2)將所述步驟1)得到的磷摻雜石墨相氮化碳與3,4,9,10-苝四甲酰二亞胺溶液、水超聲混合，靜置，得到光敏劑。

8、優(yōu)選的，所述步驟1)3-氨基-1,2,4-三唑與三聚氯化磷腈的質(zhì)量比為2:0.12。

9、優(yōu)選的，所述步驟1)熱聚合反應(yīng)的條件包括：溫度為500℃，時(shí)間為4h，升溫速率為5℃/min。

10、優(yōu)選的，所述步驟1)共聚熱處理的條件包括：溫度為550℃，時(shí)間為4h，升溫速率為5℃/min。

11、優(yōu)選的，所述步驟2)磷摻雜石墨相氮化碳的質(zhì)量與3,4,9,10-苝四甲酰二亞胺溶液體積、水的體積比為0.6g:10ml:100ml；

12、所述3,4,9,10-苝四甲酰二亞胺溶液的溶劑為濃硫酸，所述濃硫酸的體積與3,4,9,10-苝四甲酰二亞胺的質(zhì)量比為10ml:0.1g。

13、優(yōu)選的，所述步驟2)超聲混合的時(shí)間為10min，功率為150w；

14、所述靜置的時(shí)間為0.5h。

15、本發(fā)明還提供了上述技術(shù)方案所述的光敏劑在降解水體中頭孢噻肟鈉中的應(yīng)用。

16、優(yōu)選的，將所述光敏劑與水體混合，在可見光下進(jìn)行光催化反應(yīng)。

17、優(yōu)選的，所述光敏劑的投加量為0.2g/l，所述水體中頭孢噻肟鈉的濃度為20mg/l；

18、所述混合的條件包括：先超聲10min再暗反應(yīng)20min；

19、所述光催化反應(yīng)的時(shí)間在135min以上。

20、本發(fā)明提高降解頭孢噻肟鈉效果的機(jī)理為：

21、由于g-c3n5存在芳香雜環(huán)結(jié)構(gòu)，且pdi的剛性平面結(jié)構(gòu)存在著離域大π鍵，g-c3n5和pdi可以通過π–π相互作用和n-c鍵緊密結(jié)合。通過磷摻雜g-c3n5，降低能帶結(jié)構(gòu)，使其更能與pdi相匹配。電子離域效應(yīng)、內(nèi)建電場(chǎng)和新形成的界面化學(xué)鍵共同促進(jìn)了pdi與p-g-c3n5之間光生載流子的分離與遷移。同時(shí)，在p-c3n5/pdi光催化降解頭孢噻肟鈉反應(yīng)過程中，頭孢噻肟鈉由于π–π相互作用，也會(huì)吸附在催化劑表面，光催化產(chǎn)生的多種活性物種(1o2、h+、·o2-和h2o2))，其主要的是1o2，會(huì)優(yōu)先與吸附的頭孢噻肟鈉分子中的不飽和雙鍵加成開環(huán)，再進(jìn)行后續(xù)的降解礦化。

22、有益效果：

23、本發(fā)明提供的光敏劑具有良好的光吸收能力、光催化性能好、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，是一種新型的氮化碳基光敏劑材料，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該光敏劑材料能在弱酸和堿性條件下，能有效去除水環(huán)境中的頭孢噻肟鈉抗生素，為降解水環(huán)境中的頭孢噻肟鈉抗生素提供了一種新的思路。

技術(shù)特征：

1.一種降解頭孢噻肟鈉的光敏劑，其特征在于，磷摻雜石墨相氮化碳表面原位重結(jié)晶在3,4,9,10-苝四甲酰二亞胺上，得到光敏劑；

2.一種權(quán)利要求1所述光敏劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟1)3-氨基-1,2,4-三唑與三聚氯化磷腈的質(zhì)量比為2:0.12。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟1)熱聚合反應(yīng)的條件包括：溫度為500℃，時(shí)間為4h，升溫速率為5℃/min。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟1)共聚熱處理的條件包括：溫度為550℃，時(shí)間為4h，升溫速率為5℃/min。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟2)磷摻雜石墨相氮化碳的質(zhì)量與3,4,9,10-苝四甲酰二亞胺溶液體積、水的體積比為0.6g:10ml:100ml；

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟2)超聲混合的時(shí)間為10min，功率為150w；

8.權(quán)利要求1所述的光敏劑在降解水體中頭孢噻肟鈉中的應(yīng)用。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的應(yīng)用，其特征在于，將所述光敏劑與水體混合，在可見光下進(jìn)行光催化反應(yīng)。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的應(yīng)用，其特征在于，所述光敏劑的投加量為0.2g/l，所述水體中頭孢噻肟鈉的濃度為20mg/l；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及光催化水處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種降解頭孢噻肟鈉的光敏劑及其制備方法和應(yīng)用。磷摻雜石墨相氮化碳表面原位重結(jié)晶在3,4,9,10?苝四甲酰二亞胺上，得到光敏劑；所述磷摻雜石墨相氮化碳為顆粒塊狀結(jié)構(gòu)，所述3,4,9,10?苝四甲酰二亞胺為棒狀結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提供的光敏劑具有良好的光吸收能力、光催化性能好、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，是一種新型的氮化碳基光敏劑材料，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該光敏劑材料能在弱酸和堿性條件下，能有效去除水環(huán)境中的頭孢噻肟鈉抗生素，為降解水環(huán)境中的頭孢噻肟鈉抗生素提供了一種新的思路。

技術(shù)研發(fā)人員：楊純,張智,施曉暉,劉軍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：湖南工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23