[发明专利]光电协同石墨相氮化碳活化过硫酸盐降解抗生素的方法

说明书

本发明公布了一种光电协同石墨相氮化碳活化过硫酸盐降解抗生素的方法，所述方法为采用石墨相氮化碳活化过硫酸盐产生活性氧，利用活性氧降解抗生素的方法，所述方法中包括在反应过程中采用可见光源照射以及在反应液中外加电场。本发明在电场和可见光作用下，实现电化学与光催化协同石墨相氮化碳活化过硫酸盐，使反应体系快速产生强氧化性的活性自由基，从而增强对抗生素的降解效果，显著提升石墨相氮化碳对抗生素的降解效率，在高浓度无机阴离子以及宽泛的pH内对有机物抗生素废水具有优良的去除效率，在抗生素废水处理领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于抗生素降解处理技术领域，具体涉及一种光电协同石墨相氮化碳活化过硫酸盐降解抗生素的方法。

背景技术

抗生素由于具有抗真菌的特性和能够治疗细菌感染而被广泛应用于医学、农牧业等领域。大多数价格低廉的广谱抗生素被广泛应用后由于某些抗生素具有不可生物降解性，通过物理和生物处理等一般方法难以将其完全去除，且易在环境中积累，对水生和陆地生态系统构成潜在风险，例如四环素。

近年来，基于过硫酸盐(PMS)的高级氧化工艺因其高氧化性和良好的适用性在抗生素废水处理领域备受关注。通常，PMS可以被均相过渡金属离子、固相过渡金属基催化剂高效活化生成硫酸根自由基、羟基自由基、超氧自由基和单线态氧等活性氧物种，对抗生素废水具有优异的降解性能，然而金属离子或金属基固相催化剂由于其自身具有毒性而限制了其广泛应用。近年来，广泛报道的石墨相氮化碳(g-C₃N₄)作为一种新型非金属半导体材料，具有物理化学稳定性高、无毒、重复使用性好、经济成本低等优点，对PMS也具有潜在的活化能力，因此将g-C₃N₄活化PMS用于催化降解抗生素废水提供了一条新的途径。然而，g-C₃N₄活化PMS效率远低于金属离子或金属基催化剂(如Co²⁺、Fe²⁺)。

电化学(EC)因低成本，良好的环境兼容性而成为一种新兴的废水处理技术，但是单独的电化学过程效率较低，一般只能通过提高电流密度或延长反应时间来提高降解效果，但却大幅度增加了其使用成本。因此，急需探索一种能够提高降解抗生素废水性能的良好处理技术。

中国发明专利CN111644188A公开了一种ZnCo₂O₄/g-C₃N₄复合材料及其制备和应用。所述ZnCo₂O₄/g-C₃N₄复合材料是以石墨相氮化碳g-C₃N₄为载体，在其表面均匀负载ZnCo₂O₄纳米颗粒后得到ZnCo₂O₄/g-C₃N₄复合材料。所述制备方法为：称取一定量g-C₃N₄放入乙醇水溶液中，再称取一定量的四水合乙酸钴与二水合乙酸锌加入混合溶液，室温下逐滴加入浓氨水，将所得混合液在60～100℃下剧烈搅拌20h；将反应液转入高压水热反应釜中，放入烘箱在130～170℃下水热反应3h，获得的产物用乙醇和水分别充分洗涤，冷冻干燥得到ZnCo₂O₄/g-C₃N₄复合材料。本发明提供了所述的ZnCo₂O₄/g-C₃N₄复合材料作为催化剂在降解抗生素废水中的应用，所述的抗生素为诺氟沙星。本发明通过构建合适的异质结结构形成高效的ZnCo₂O₄/g-C₃N₄催化材料，降低电子-空穴对复合率，提高催化效率。对比文件中虽然制备g-C₃N₄复合材料催化剂，但其并没有采用可见光和电场协同作用。

发明内容