[发明专利]一种三元复合光催化材料及其制备方法、及降解水中PPCPs的方法

说明书

本发明公开一种三元复合光催化材料及其制备方法、及降解水中PPCPs的方法，其中，三元复合光催化材料包括二氧化钛、石墨化氮化碳和铁纳米管，其中，以石墨化氮化碳为载体，铁纳米管和部分二氧化钛负载于石墨化氮化碳上，二氧化钛余下部分附着在铁纳米管上。通过铁纳米管对二氧化钛的掺杂，不仅促进了三元复合光催化材料对可见光的吸收性能，还提高了其对小分子中间物的催化活性，从而大幅度提高了矿化度；同时，由于石墨化氮化碳具备更窄的带隙能和更负的导带位置，如此，TiO₂与之耦合可发生异质电荷转移，利于光生电子‑空穴的分离，从而大幅度提高了其在可见光区的催化性能，使制得的三元复合光催化材料具有很好的循环稳定性和光催化活性。

技术领域

本发明涉及光催化剂技术领域，特别涉及一种三元复合光催化材料及其制备方法、及降解水中PPCPs的方法。

背景技术

药品和个人护理用品(PPCPs)是近年来出现的一类新型污染物，该类污染物浓度较低，但是结构复杂，具有较强的生物活性，其潜在危害不容忽视，因此日益受到人们关注。其中卡马西平(CBZ)作为一种典型的抗癫痫药物，是PPCPs中最有代表性的一种物质。由于卡马西平的广泛使用，导致其大量排放到环境中。此外，人类服用卡马西平后由于体内代谢作用以及卡马西平母体在环境中的降解会产生多种衍生物(即小分子中间物)，这些衍生物的毒性可能比母体化合物强，并且更难以降解，因此研究卡马西平及其衍生物的环境行为及其去除十分重要。

利用半导体光催化剂的光催化高级氧化技术在降解PPCPs日益受到重视，越来越多的新型催化剂被相继开发。半导体光催化剂在水体处理应用中的原理，是由于光对光催化剂的激发使得电子跃迁，从而产生光生载流子的电子和空穴，进而产生一些活性物质攻击PPCPs从而达到降解PPCPs的效果。

近年来，石墨化氮化碳(g-C₃N₄)的光催化活性引起了人们的广泛关注，主要是由于g-C₃N₄具有良好的化学稳定性及可直接利用可见光等优点，因而在光催化氧化环境污染物等方面具有广阔的前景。但是由于电子-空穴易复合，使其光催化活性较低。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种三元复合光催化材料及其制备方法、及降解水中PPCPs的方法，旨在解决现有光催化剂的电子-空穴易复合的问题。

为实现上述目的，本发明提出一种三元复合光催化材料，所述三元复合光催化材料包括二氧化钛、石墨化氮化碳和铁纳米管，其中，以所述石墨化氮化碳为载体，所述铁纳米管和部分所述二氧化钛负载于所述石墨化氮化碳上，所述二氧化钛余下部分附着在所述铁纳米管上。

进一步地，本发明还提出一种如上所述的三元复合光催化材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

S10、将Fe(NO₃)₂·6H₂O与三聚氰胺混匀，并粉碎，得到混合粉体，将所述混合粉体在氮气或惰性气体的保护下加热，升温至600～800℃后煅烧1～2h，然后冷却，得到粗产品，将所述粗产品纯化处理，得到铁纳米管；

S20、将石墨化氮化碳、二氧化钛、所述铁纳米管分散于无水乙醇中，得到悬浮液，将所述悬浮液进行干燥，得到固态的中间产物；

S30、将所述中间产物进行粉碎，然后在惰性气体或氮气气氛下，先升温至T1煅烧30～60min，再继续升温至T2煅烧1～2h，得到三元复合光催化材料；

其中，所述T1为200～300℃，所述T2为300～500℃，且T1T2。

可选地，在步骤S20之前，还包括以下步骤：

将三聚氰胺在500～600℃下煅烧3～8h，然后粉碎成粉末，得到石墨化氮化碳。

可选地，步骤S10中：