[发明专利]中空管状硫掺杂氮化碳/石墨相氮化碳同质结光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种中空管状硫掺杂氮化碳/石墨相氮化碳同质结光催化剂及其制备方法和应用。该光催化剂以中空管状硫掺杂氮化碳为载体，其上负载有石墨相氮化碳，中空管状硫掺杂氮化碳与石墨相氮化碳构成同质结。制备方法包括将三聚氰胺与三聚硫氰酸混合搅拌，再进行水热反应，得到实心管状的三聚氰胺/三聚硫氰酸复合物，再将尿素修饰在其表面，然后煅烧得到产物。本发明的中空管状硫掺杂氮化碳/石墨相氮化碳同质结光催化剂可高效降解pH值为2～11的含盐酸四环素或四环素的废水，具有吸光能力强、光生电子‑空穴复合率低、光催化性能好、稳定性好、pH适用范围宽等优点。

技术领域

本发明属于光催化技术领域，具体涉及一种中空管状硫掺杂氮化碳/石墨相氮化碳同质结光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着社会的发展和进步，抗生素药物已经被广泛使用，其过量使用和不完全代谢使得抗生素经常在天然水、污水、土壤等环境介质中被检测出来，这些未被代谢掉的抗生素很可能会影响生物细胞的发展，生态系统的循环并且会促进耐药病原菌的繁殖，从而对生态环境和人类健康带来不利影响。目前国内外去除水环境中的抗生素常用的方法包括生物法、物化法、电化学法及过滤法。生物法虽然成本低，但是所需时间长，去除效果受多重因素干扰。电化学法由于对低浓度污染物单位处理成本较高，难以大规模使用。而过滤法只是将污染物从一个相转移至里一个相，并不能将其矿化成二氧化碳和水。物化法中的光催化降解可以被看作是一种有效和环境友好的方法。然而，在以往的研究中，光催化降解所用光催化剂仍存在以下问题：光利用效率低、光生电子-空穴复合快、光催化性能差、稳定性差等，由于光催化剂本身仍存在大量缺陷从而极大限制了光催化降解的广泛运用。

迄今为止已有大量的材料发现具有光催化特性，其主要包括金属基光催化材料和非金属基光催化材料。近年来，氮化碳基光催化材料因其廉价且具有良好的光响应光催化材料而被广泛用于光催化剂领域的研究。其中g-C₃N₄是一种典型的氮化碳基光催化材料(g-C₃N₄能隙约为2.7eV)，然而，g-C₃N₄存在比表面积小、光生电子-空穴易重组、可见光吸收能力弱，光催化性能弱等问题极大限制了g-C₃N₄的应用。为了改善g-C₃N₄的光催化性能，通常将g-C₃N₄与其他材料进行复合从而形成一种异质结光催化体系，这类异质结体系通常能提升光催化材料的对光谱的吸收范围，加快光生电子-空穴分离速度，从而提升光催化剂的光催化性能。然而，现有氮化碳基异质结光催化材料仍然存在吸光能力弱、光生电子-空穴分离速率慢等问题，这限制了材料的光催化性能。因此，如何全面改善现有氮化碳基异质结材料中存在吸光能力弱、光生电子-空穴分离速率慢、光催化性能差等问题，获得一种吸光能力强、光生电子-空穴复合率低、光催化性能高、稳定性好的氮化碳光催化剂以及其工艺简单、条件易控制、成本低的制备方法，这对于扩大光催化降解技术在处理抗生素废水中的应用范围具有重要意义。

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，提供一种吸光能力强、光生电子-空穴复合率低、光催化性能高、稳定性好、pH适用范围宽的中空管状硫掺杂氮化碳/石墨相氮化碳同质结光催化剂及其制备方法和在去除水体中抗生素的应用。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种中空管状硫掺杂氮化碳/石墨相氮化碳同质结光催化剂，所述中空管状硫掺杂氮化碳/石墨相氮化碳同质结光催化剂是以中空管状硫掺杂氮化碳为载体，在所述中空管状硫掺杂氮化碳上负载有石墨相氮化碳，所述中空管状硫掺杂氮化碳与石墨相氮化碳构成同质结。

上述的中空管状硫掺杂氮化碳/石墨相氮化碳同质结光催化剂，优选的，所述中空管状硫掺杂氮化碳/石墨相氮化碳同质结光催化剂用于处理含盐酸四环素或四环素的废水时，pH值响应范围为2～11。