[发明专利]一种用于光催化降解抗生素的可磁分离的催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种用于光催化降解抗生素的可磁分离的催化剂及其制备方法和应用。所述催化剂以磁性铁酸锌为载体，并且所述磁性铁酸锌上修饰有氮掺杂碳量子点和碳酸银；所述氮掺杂碳量子点的质量分数为0.15％～0.20％；所述碳酸银的质量分数为20％～30％。本发明所提供的催化剂对可见光区域光响应强、光生电子‑空穴分离效率高、氧化还原能力强、光催化降解抗生素(左氧氟沙星)效率高，并且利用铁酸锌的磁性，使得光催化剂可有效回收再利用，在光催化降解有机污染物领域有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于环境污染物的可见光催化技术领域，具体涉及一种用于光催化降解抗生素的可磁分离的催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

抗生素作为治疗致病性细菌感染的重要药物，被广泛运用于人类医药、兽医和水产养殖业，但是由于过度使用，导致其在水环境中不断地积累，并对人类健康造成潜在威胁。因此，去除水环境中的抗生素已成当务之急。目前，已有许多技术用于处理水环境中的抗生素，如光催化、高级氧化和吸附等。其中，基于半导体材料的光催化技术由于其低耗能、环境友好且可重复使用而被认为是最可靠最高效的方法，并且近年来已被广泛用于有机污染物的降解。然而，传统的光催化剂难以从水溶液中分离，会给水生环境带来二次污染，这是实际应用过程中的面临的主要问题之一。

铁酸锌是一种具有可见光响应磁性半导体，由于具有可磁性回收特性，合适的带隙宽度、相对较高的光稳定性，被广泛的应用于光催化领域，如光催化水裂解和水中有机污染物的净化等方面。然而，光生载流子分离能力较弱、电子空穴复合率高等严重限制了铁酸锌在实际应用中的光催化性能。近年来，构造具有异质结结构的光催化剂被认为是抑制光生电子和空穴复合的有效策略。跟传统异质结相比，Z型异质结性能更优。Z型光催化剂具有更强的氧化还原能力，因为它保留了较强氧化性价带和强还原性的导带，并且所构造的Z型光催化剂的特殊电荷转移路径能极大的提高光生电子-空穴的分离效率，从而增强所制备的光催化剂的光催化活性。但是，在一些二元半导体异质结光催化剂中，传统的电荷转移方式和Z型电荷转移过程之间存在竞争，这不利于光催化性能的提升。因而，促进基于铁酸锌的二元光催化剂Z型异质结的有效构建，加速光生电子-空穴对的转移是非常重要的。因此，获得一种光生电子-空穴分离效率高、氧化还原能力强、光吸收效率高、光催化活性高的Z型复合光催化剂，对于高效降解废水中抗生素具有重要的意义。

发明内容

为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种用于光催化降解抗生素的可磁分离的催化剂。

本发明的另一目的在于提供上述用于光催化降解抗生素的可磁分离的催化剂的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述用于光催化降解抗生素的可磁分离的催化剂的应用方法。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种用于光催化降解抗生素的可磁分离的催化剂，其以磁性铁酸锌为载体，并且所述磁性铁酸锌上修饰有氮掺杂碳量子点和碳酸银；所述氮掺杂碳量子点的质量分数为0.15％～0.20％；所述碳酸银的质量分数为20％～30％。

优选的，所述铁酸锌为三维纳米球状，直径为100nm～150nm；所述氮掺杂碳量子点的直径小于10nm；所述碳酸银为纳米颗粒状。

一种用于光催化降解抗生素的可磁分离的催化剂的制备方法，包括以下步骤：

S1、将九水硝酸铁和六水硝酸锌溶于乙二醇中，得到第一混合溶液，并对所述第一混合溶液进行超声处理；

S2、将含醋酸钠的乙二醇溶液滴入所述第一混合溶液，得到第二混合溶液，并对所述所得第二混合溶液进行超声处理和搅拌处理；

S3、将得到的第二混合溶液进行水热反应，并依次进行清洗、过滤以及干燥处理，以得到前驱体；所述水热反应的温度为180℃～200℃；且所述水热反应时间为18h～20h；