[发明专利]一种具有可持续高效净水功能的人工浮萍

说明书

本发明公开了一种碳掺杂氮缺陷协同化氮化碳光催化剂的制备方法，通过碳掺杂和氮缺陷的协同效应对氮化碳进行双重改性，改性后的材料不含金属且无毒性。本发明还公开一种具有可持续高效净水功能的新型人工浮萍，包括浮萍，光催化剂、太阳光和水体。浮萍表面涂有碳掺杂氮缺陷协同化氮化碳光催化剂，碳掺杂氮缺陷协同化氮化碳光催化剂接触太阳光和水体表层的氧气对水体里有害物质如有机污染物和致病菌进行光催化降解。本发明提供的一种具有可持续高效净水功能的新型人工浮萍，通过使浮水植物与绿色无毒的光催化剂结合，利用太阳光的能量来降解水中的污染物、灭活水中的病原体，具备功能一体化、节能、处理效果高效且稳定、可持续、无二次污染、操作方便的优点。

技术领域

本发明涉及一种具有可持续高效净水功能的新型人工浮萍，属于水污染治理技术领域。

背景技术

污染水体中会存在多种对人体有害的物质，如邻苯二甲酸酯 (PAEs)和大肠埃希菌。新型人工浮萍的合理设计是实现绿色植物和光催化氧化技术修复水污染实用化的关键技术之一。但是，现有的用于水污染处理的浮萍植物和光催化剂存在以下问题：一、浮萍植物处理水中污染物的效率低：绿色植物本身有降解水体中污染物的作用，但是效率很低，所需反应时间较长。二、光催化剂自身效率较低：传统光催化剂对可见光的利用率较小，在太阳光下对污染物和致病菌的降解效率较低，大多数经过改良后的光催化剂虽然提高了可见光的利用率，但是由于一般掺杂了金属离子，可能对环境造成一定的危害。三、光催化剂回收困难：传统光催化反应体系采用光催化剂颗粒粉末，很难进行回收，造成光催化剂的大量流失，既会增加运行成本又会容易产生二次污染。四、光催化反应条件苛刻，操作繁琐：之前的光催化反应大多要求反应条件为酸性，在环境中的利用率较低，需要后续处理步骤。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种能够将浮萍与催化剂有机结合在一起，起到协同作用，且制备的催化剂无污染的具有可持续高效净水功能的新型人工浮萍。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种碳掺杂氮缺陷协同化氮化碳光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

S01，将两根石墨棒的一端插入超纯水中，另一端分别与直流电源的阴极和阳极相连；

S02，在直流电源通电的情况下对超纯水进行持续搅拌，直至超纯水变为黑色；

S03，将变为黑色的超纯水溶液进行干燥得到黑色碳点粉末，再将黑色碳点粉末溶于超纯水形成碳点溶液；

S04，将S03中的碳点溶液与氨水混合搅拌均匀形成混合液体，将混合液体置于高压反应釜中，再将高压反应釜置于马弗炉中，在一定温度下静置一段时间后，打开高压反应釜去除多余的氨，离心干燥可得氮处理后的碳点粉末，再次对将碳点粉末溶于超纯水制备碳点溶液；

S05，将S04中的碳点溶液通过热缩聚法进行制备碳掺杂氮缺陷协同化的氮化碳光催化剂。

S01中，超纯水体积为200-400mL，直流电源的电压调至20～50 V。

S02中，搅拌采用磁力搅拌器，搅拌速度为300-800r/min，搅拌时间为100-150小时。

S03中，干燥温度为50～100℃。

S04中，碳点溶液体积为20～50mL，氨水体积为20～50mL，马弗炉煅烧温度为500-600℃下，时间为3～10小时。

S05中，在坩埚中加入尿素和NaOH溶液，搅拌均匀后加入碳点溶液，然后干燥后送入马弗炉进行煅烧得到浅黄色固体，使用超纯水清洗，干燥研磨后得到浅黄色粉末样品。

一种碳掺杂氮缺陷协同化氮化碳光催化剂的制备方法，由上述制备方法制备得到。