[发明专利]用于光催化降解四环素的CdS@ZnCr-LDHs异质结纳米材料、其制备方法和应用

说明书

本发明公开了用于光催化降解四环素的CdS@ZnCr‑LDHs异质结纳米材料、其制备方法和应用，所述CdS@ZnCr‑LDHs异质结纳米材料是以CdS纳米棒为载体，在CdS纳米棒载体上生长锌铬水滑石形成的复合材料，复合材料中所述锌铬水滑石的化学通式为[Zn²⁺_1‑xCr³⁺_x(OH)₂](CO₃^2‑)_x/2·mH₂O]，其中Zn²⁺与[Cr³⁺]的摩尔比为（1‑x）:x，0.2≤x≤0.33，m为结晶水数量，2≤m≤6。本发明的锌铬水滑石和硫化镉复合材料用于催化降解废水中四环素，反应条件温和，四环素去除率高，催化降解后的复合材料易回收利用。

技术领域

本发明涉及用于光催化降解四环素的CdS@ZnCr-LDHs异质结纳米材料、其制备方法和应用。

背景技术

抗生素是由细菌、真菌、放射菌等微生物或高等动植物在生命活动过程中所产生的具有抗生素原体或其他活性的一类次级代谢产物。四环素类抗生素(Tetracylines，下文简称TC)是抗生素中应用较为广泛的一种。近些年来，随着人口的不断增长和经济的快速发展，中国已成为世界上最大的抗生素生产和消费国家，四环素类抗生素在医药、畜牧等方面的不恰当使用甚至滥用已经导致了四环素类抗生素进入水体环境，使其对环境安全、生态系统以及人类健康的威胁越来越严重。传统处理四环素的方法有生物和物理方法。生物法在处理四环素的应用上易受污染物浓度的限制。另外，由于四环素本身具有生物毒性，在生物法处理过程中微生物活性受到抑制，使得处理效果并不理想。此外，动力损耗高、成本高昂易出现污泥膨胀现象等缺点致使生物法不是处理废水中四环素污染物的理想方法。物理法只是将污水中有机污染物转移置另外一个地方并不能彻底去除，还易给环境带来二次污染且重复利用十分困难。因此，物理法也不是处理废水中四环素污染物的有效方法。基于以上两种传统方法的局限性，许多人致力于寻找更高效的废水处理策略，包括光催化技术，这可能在环境清洁和能源转换方面有前景的新应用。

理想的半导体光催化剂应具有良好的捕光能力、高的氧化还原电位以及快速的光致电子-空穴(e-h)对分离和转移。为了克服这些不足，人们提出通过利用两种半导体复合构建异质结构光催化体系。Z型异质结是一种减小载流子复合几率的有效方法。Z型异质结的能带排列与电子迁移机理主要是，半导体B导带上的电子与半导体A价带上的空穴复合而湮灭，剩余的电子主要存在于半导体A的导带上而空穴主要存在于半导体B的价带上，实现电子与空穴在空间上的高效分离。相对于type-Ⅱ型异质结，Z型异质结的优势在于电子在较高的能级上累积而空穴在较低的能级上累积，从而具有更强的氧化还原能力。目前制造廉价高效的Z-scheme异构结构光催化剂仍然十分困难。因此，开发基于地球上丰富的半导体材料的Z-scheme光催化体系并探索其催化机理是非常可取的。

层状双金属氢氧化物LDHs结构式为：由阳离子层板和层间阴离子共同构成其层状结构。因其阳离子层板中阳离子种类和层间阴离子的可调变性，常被用于引入具备光催化活性的过渡金属元素或者有机阴离子对其光催化性能进行改性。依据引入金属元素种类或者有机阴离子的不同，改性后的禁带宽度约在1.5-3.0eV。在特定波长范围内的光照下，LDHs上的价电子会被激发进入导带并生成电子-空穴对，参与氧化还原反应促进光催化进程。CdS具有适于可见光吸收的带隙(Eg＝2.4eV)，且合成简单价格便宜，但是单纯CdS的光催化活性因其光生载流子和空缺易重组且CdS在光辐照下易发生光腐蚀而受到制约。但两相均能被可见光激发，且能带呈交叉式排布，因此我们可以采用LDHs和CdS构筑异质结光催化材料。

发明内容

针对现有技术存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种用于光催化降解四环素的CdS@ZnCr-LDHs异质结纳米材料、其制备方法和应用。