[发明专利]水热合成CdSe 量子点光催化剂的制备方法及其应用

说明书

  

技术领域

本发明属于环境材料制备技术领域，涉及水热合成CdSe 量子点光催化剂的制备方法及其应用。 

背景技术

抗生素（Antibiotics）是由某些微生物或动植物产生的化学物质，能抑制微生物和其他细胞增殖的物质，广泛用于治疗各种细菌感染或抑制致病微生物感染的药物。由于抗生素药物的不合理利用，对环境产生了较大的危害，以头孢氨苄为例，许多研究报告表明抗生素已广泛存在土壤、地表水、地下水、沉积物、城市污水以及动物排泄物氧化塘中。因此，消除环境中抗生素残留带来的环境污染和食物链产品安全等问题已是科研工作者迫切需要解决的重大问题。 

量子点（Quantum dots, QDs）也称纳米晶，即半径小于或接近于激子玻尔半径的半导体纳米晶粒，一般是II-VI、III-V 族窄禁带的纳米半导体颗粒，具有尺寸小，表面积大等优点。同时QDs表面的键态和电子态与颗粒内部不同，表面原子配位不全等导致表面活性增加，使之具备作为催化剂的基本条件。此外，随着QDs粒径的减小，表面光滑程度变差，形成凹凸不平的原子台阶，极大地增加了化学反应的接触面^[9-11]。纳米级半导体粒子表面积的提高，使比表面积对反应速率的约束减小，表面缺陷和活性中心增加。同时，量子尺寸效应使其导带和价带能级变得更为分立，电子与空穴复合几率降低，这些特征都有利于提高QDs催化活性。因此，以半导体量子点具有尺寸分布窄、结晶性好、光稳定性好、表面性质可控等优点，选择半导体量子点作为光催化材料来处理环境中的废水是一种比较理想的材料。 

发明内容

本发明以水热法为技术手段，制备出CdSe 量子点光催化剂。 

本发明按以下步骤进行： 

(1)NaHSe前驱体的制备：

取20mL 三颈圆底烧瓶，磁力搅拌下通氮气除氧气后加入硼氢化钠和硒粉，硼氢化钠和硒粉的摩尔比为（0.0005~0.01）：（0.0005~0.002），迅速加入去离子水密封搅拌，去离子水与硼氢化钠的比为（1~5）：（0.0005~0.01）mL/mol，其间一直通氮气，反应由浑浊变澄清，制得澄清的NaHSe前驱体溶液备用。

(2)CdSe量子点光催化剂的制备： 

在小烧杯中加入去离子水，去离子水与硼氢化钠的比为（10~30）：（0.0005~0.01）mL/mol，通氮气除氧气后加入镉源，镉源与硼氢化钠的摩尔比为（0.0001~0.0004）：（0.0005~0.01），搅拌至完全溶解后加入稳定剂，稳定剂与硼氢化钠的摩尔比为（0.0003~0.00065）：（0.0005~0.01），充分搅拌后用1mol/L 的氢氧化钠溶液调节溶液的PH =7~11，然后将制备的新鲜的NaHSe前驱体溶液迅速的倒入到小烧杯中，继续氮气除氧气待溶液由无色变橙黄色后，倒入50mL高压反应釜中加热40分钟，取出自然冷却。将冷却后的溶液离心，洗涤并放入真空干燥箱中烘干，得到CdSe量子点光催化剂。

在本发明的一个优选例中，所述的稳定剂为L-盐酸半胱氨酸，硫代苹果酸，巯基乙酸，巯基丙酸，柠檬酸钠。 

在本发明的一个优选例中，所用的镉源为氯化镉，碳酸镉，硝酸镉，硫酸镉。 

在本发明的一个优选例中，所述的高压反应釜中加热温度为120-200℃。 

按照本发明所述的制备方法得到的CdSe量子点光催化剂，在抗生素废水中降解头孢氨苄抗生素的应用。 

光催化活性评价：在DW-01型光化学反应仪（购自扬州大学教学仪器厂）中进行，紫外光灯照射，将100mL头孢氨苄模拟废水加入反应器中并测定其初始值，然后加入复合光催化剂，磁力搅拌并开启曝气装置通入空气保持催化剂处于悬浮或飘浮状态，光照过程中间隔10min取样分析，离心分离后取上层清液在分光光度计λ_max=262nm处测定吸光度，并通过公式：DR=[（A₀-A_i）/A₀]×100%算出降解率，其中A₀为达到吸附平衡时四环素溶液的吸光度，A_i为定时取样测定的头孢氨苄溶液的吸光度。 

本发明中所用的L-盐酸半胱氨酸，硫代苹果酸，巯基乙酸，巯基丙酸，柠檬酸钠，氯化镉，碳酸镉，硝酸镉，硫酸镉，硒粉，硼氢化钠均为分析纯，购于国药化学试剂有限公司； 

头孢氨苄抗生素为标品，购于上海顺勃生物工程有限公司。

有益效果