CdSe量子點/Bi12TiO20復合光催化劑的制備方法及其應用技術

本發明專利技術屬于環境材料制備技術領域，涉及水熱合成CdSe量子點/Bi12TiO20?復合光催化劑的制備方法及其應用。本發明專利技術包括Bi12TiO20光催化劑的制備，CdSe量子點/Bi12TiO20復合光催化劑的制備，具體步驟為以去離子水為溶劑加入氯化鎘、Bi12TiO20和穩定劑，充分攪拌后調節溶液的pH值，再注入NaHSe前驅液，通氮氣，然后將溶液倒入高壓反應釜中加熱，取出自然冷卻，離心，洗滌并放入烘箱中干燥，得到CdSe量子點/Bi12TiO20?復合光催化劑。其優點為按照本發明專利技術所述的制備方法得到的CdSe量子點/Bi12TiO20復合光催化劑，能夠有效利用可見光在抗生素廢水中降解四環素。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于環境材料制備
，涉及CdSe量子點負載光催化劑的制備及其應用。
技術介紹
抗生素（Antibiotics）指由細菌、霉菌或其它微生物在生活過程中所產生的具有抗病原體或其它活性的一類物質。抗生素基本上可分為二大類，一為抑制病原的生長，一為直接殺死病原。抗生素可用于治療大多數細菌感染性疾病。除了抗感染外，某些抗生素還具有抗腫瘤活性，用于腫瘤的化學治療；有些抗生素還具有免疫抑制和刺激植物生長作用。抗生素不僅用于醫療，還應用于農業、畜牧業和食品工業等方面（在畜牧業中非治療用途的抗生素，稱為生長促進劑）。但絕大部分抗生素不能完全被機體吸收，約有90%的抗生素以原形或者代謝物形式經由病人和畜禽的糞、尿排入環境，經不同途徑對土壤和水體造成污染。四環素是一種廣泛應用的廣譜抗生素，同時也屬于藥物和個人護理用品中的一種，在水體、土壤等介質中有大量的殘留，并且對人體有潛在的影響。因此，消除抗生素殘留帶來問題已是科研工作者迫切需要解決的重大問題。Bi12TiO20作為一種新型光催化劑，具有特殊的晶體結構和電子結構從而顯示出優異的光催化性能。此外，Bi12TiO20光催化劑還具有很高的穩定性。Bi12TiO20光催化性能的研究尚未形成系統，但是部分科研人員已經開始對Bi12TiO20的改性展開研究。借助于改性，Bi12TiO20的光催化性能得到進一步改善；目前，Bi12TiO20的改性主要是金屬表面沉積、鹵素離子自摻雜、金屬離子摻雜等。通過晶體結構和能帶結構的設計合成可以得到高活性的Bi12TiO20化合物光催化劑。窄禁帶半導體對可見光具有良好的吸收，與Bi12TiO20復合后可以調節其禁帶寬度，使電子的產生和傳輸由不同的載體來實現，有效抑制電子-空穴的復合。硒化鎘量子點是介于宏觀物質與微觀原子分子間的過渡亞穩態物質，呈現出許多特有的性質，如:表面效應、小尺寸效應、量子尺寸效應和宏觀量子隧道效應等。CdSe量子點其獨特的光學性能最引人關注。當CdSe量子點與Bi12TiO20負載，可以形成CdSe量子點/Bi12TiO20異質結，使得電子的復合效率大大降低，極大增強催化劑光響應能力，使Bi12TiO20復合材料具有優越的光催化活性。
技術實現思路
本專利技術以水熱法為技術手段，制備出CdSe量子點/Bi12TiO20復合光催化劑。本專利技術按以下步驟進行：（1）Bi12TiO20光催化劑粉體的制備：將硝酸鉍(Bi(NO3)3·5H2O)和鈦酸四丁酯放入小燒杯中，加入去離子水使其全溶，磁力攪拌輔助反應，KOH調到pH=14，超聲使其分散更均勻，倒入高壓反應釜用烘箱加熱180℃，取出自然冷卻至室溫，將溶液離心，并用去離子水洗滌3次，放入干燥箱60℃烘干，得到Bi12TiO20光催化劑粉體；（2）NaHSe前驅液的制備：將Se粉和硼氫化鈉放入玻璃反應瓶，加入去離子水使其完全溶解，磁力攪拌輔助反應，并且全程通N2保護，直到反應出現白色沉淀，吸取上層澄清液，即為NaHSe前驅液；（3）CdSe負載Bi12TiO20的前驅液的制備：稱取氯化鎘（CdCl2·2.5H2O），Bi12TiO20粉體放入小燒杯中，加入去離子水，磁力攪拌至完全溶解，再加入穩定劑甲基丙烯酸；充分攪拌后用1mol/L的氫氧化鈉溶液調節溶液的pH=7，得到CdSe負載Bi12TiO20的前驅液；（4）CdSe量子點/Bi12TiO20復合光催化劑的制備：將步驟（2）制備的NaHSe前驅液注入步驟（3）所制得CdSe負載Bi12TiO20的前驅液中，通氮氣去除氧氣，攪拌15min，倒入高壓反應釜用烘箱加熱反應，取出自然冷卻，將溶液離心，并用去離子水、無水乙醇分別洗滌3次，放入干燥箱烘干，得到CdSe量子點/Bi12TiO20復合光催化劑。步驟（1）中，所述的硝酸鉍和鈦酸四丁酯的摩爾比為12.47:1.0。步驟（2）中，所述Se粉和硼氫化鈉的用量比為0.0011mol：0.015mol。步驟（3）中，所述的氯化鎘、Bi12TiO20粉體、去離子水的用量比為0.130g：0.1~0.3g：15mL；所述的氯化鎘和甲基丙烯酸的質量比為3:4。步驟（4）中，所述NaHSe前驅液：CdSe負載Bi12TiO20的前驅液的體積比為5mL：15mL。步驟（4）中，所述烘箱加熱反應的溫度為160℃，反應時間為40min。按照以上步驟所制備的CdSe量子點/Bi12TiO20復合光催化劑，其中CdSe量子點與Bi12TiO20的質量比為0.1:0.1~0.3。按照以上所述的制備方法得到的CdSe量子點/Bi12TiO20復合光催化劑，應用于在抗生素廢水中降解四環素。本專利技術中所用的硝酸鉍(Bi(NO3)3·5H2O)，氫氧化鉀（KOH），氫氧化鈉（NaOH）均為分析純，購于國藥化學試劑有限公司；氯化鎘（CdCl2·2.5H2O），甲基丙烯酸，四環素，鈦酸四丁酯（Ti(OC4H12)4），硒粉購買于上海阿拉丁試劑有限公司；本專利技術的有益效果：本專利技術實現了以CdSe量子點/Bi12TiO20作為光催化劑降解抗生素廢水的目的。半導體材料作為光催化劑，可見光作為激發，通過與污染物分子的界面相互作用實現特殊的催化或轉化效應，使周圍的氧氣及水分子激發成極具氧化力的氧自由基，羥基自由基等具有強氧化性的物質，從而達到降解環境中有害有機物質的目的，該方法不會造成資源浪費與附加污染的形成，且操作簡便，是一種綠色環保的高效處理技術。附圖說明圖1為CdSe量子點/Bi12TiO20復合光催化劑的UV-vis圖。圖2為CdSe量子點/Bi12TiO20復合光催化劑的XRD圖。圖3為CdSe量子點/Bi12TiO20復合光催化劑的SEM圖。具體實施方式下面結合具體實施實例對本專利技術做進一步說明。本專利技術中所制備的光催化劑的光催化活性評價：在DW-01型光化學反應儀（購自揚州大學城科技有限公司）中進行，可見光燈照射，將100mL四環素模擬廢水加入反應器中并測定其初始值，然后加入制得的光催化劑，磁力攪拌并開啟曝氣裝置通入空氣保持催化劑處于懸浮或飄浮狀態，光照過程中間隔10min取樣分析，離心分離后取上層清液在分光光度計λmax=358nm處測定吸光度，并通過公式：?=[(1-Ct/C0)]x100%算出降解率，其中C0為達到吸附平衡時四環素溶液的吸光度，Ct為定時取樣測定的四環素溶液的吸光度。實施例1：（1）Bi12TiO20光催化劑的制備：稱取2.06g的硝酸鉍和量取0.12mL的鈦酸四丁酯放入小燒杯中，加入去離子水使其全溶，磁力攪拌輔助反應，KOH調到pH=14，超聲使其分散更均勻。倒入高壓反應釜用烘箱加熱，取出自然冷卻，將溶液離心，并用去離子水洗滌3次，放入干燥箱烘干，得到Bi12TiO20光催化劑。(2)NaHSe前驅液的制備：稱取0.0011mol的Se粉和0.015molNaBH4放入玻璃反應瓶中，加入去離子水，磁力攪拌輔助反應，反應全程通N2保護，直到反應出現白色沉淀，吸取上層澄清液，即為NaHSe前驅液。(3)CdSe量子點/Bi12TiO20復合光催化劑的制備：稱取0.130g氯化鎘(CdCl2·2.5H2O)，0.1g制備的Bi12TiO20放入小燒杯，加入去離子本文檔來自技高網...

【技術保護點】
CdSe量子點/Bi12TiO20復合光催化劑的制備方法，包括如下步驟：（1）制備Bi12TiO20光催化劑粉體，備用；（2）NaHSe前驅液的制備：將Se粉和硼氫化鈉放入玻璃反應瓶，加入去離子水使其完全溶解，磁力攪拌輔助反應，并且全程通N2保護，直到反應出現白色沉淀，吸取上層澄清液，即為NaHSe前驅液；（3）CdSe負載Bi12TiO20的前驅液的制備：稱取氯化鎘（CdCl2·2.5H2O），Bi12TiO20粉體放入小燒杯中，加入去離子水，磁力攪拌至完全溶解，再加入穩定劑甲基丙烯酸；充分攪拌后用1mol/L?的氫氧化鈉溶液調節溶液的pH=7，得到CdSe負載Bi12TiO20的前驅液；（4）CdSe量子點/Bi12TiO20復合光催化劑的制備：將步驟（2）制備的NaHSe前驅液注入步驟（3）所制得CdSe負載Bi12TiO20的前驅液中，通氮氣去除氧氣，攪拌15min，倒入高壓反應釜用烘箱加熱反應，取出自然冷卻，將溶液離心，并用去離子水、無水乙醇分別洗滌3次，放入干燥箱烘干，得到CdSe量子點/Bi12TiO20復合光催化劑。

【技術特征摘要】
1.CdSe量子點/Bi12TiO20復合光催化劑的制備方法，包括如下步驟：（1）制備Bi12TiO20光催化劑粉體，備用；（2）NaHSe前驅液的制備：將Se粉和硼氫化鈉放入玻璃反應瓶，加入去離子水使其完全溶解，磁力攪拌輔助反應，并且全程通N2保護，直到反應出現白色沉淀，吸取上層澄清液，即為NaHSe前驅液；（3）CdSe負載Bi12TiO20的前驅液的制備：稱取氯化鎘（CdCl2·2.5H2O），Bi12TiO20粉體放入小燒杯中，加入去離子水，磁力攪拌至完全溶解，再加入穩定劑甲基丙烯酸；充分攪拌后用1mol/L的氫氧化鈉溶液調節溶液的pH=7，得到CdSe負載Bi12TiO20的前驅液；（4）CdSe量子點/Bi12TiO20復合光催化劑的制備：將步驟（2）制備的NaHSe前驅液注入步驟（3）所制得CdSe負載Bi12TiO20的前驅液中，通氮氣去除氧氣，攪拌15min，倒入高壓反應釜用烘箱加熱反應，取出自然冷卻，將溶液離心，并用去離子水、無水乙醇分別洗滌3次，放入干燥箱烘干，得到CdSe量子點/Bi12TiO20復合光催化劑。2.根據權利要求1所述的CdSe量子點/Bi12TiO20復合光催化劑的制備方法，其特征在于，步驟（1）中，所述的硝酸鉍和鈦酸四丁酯的摩爾比為12.47:1.0。3.根據權利要求1所述的C...

【專利技術屬性】
技術研發人員：汪濤，馬長暢，劉錫清，姚鑫，吳旦，閆永勝，霍鵬偉，
申請(專利權)人：江蘇大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32