CN110180525A - 一种Zn4B6O13的固相制备方法及在抗生素降解中的用途 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硼酸盐光催化剂Zn4B6O13的制备方法及其用于抗生素四环素降解的用途，该方法包括按一定比例称取一定量的ZnO和H3BO3均匀混合研磨后，样品转移至刚玉坩埚中，随后以7.5℃/min的升温速率在马弗炉中900℃高温烧结且恒温5小时，反应完成后，自然降温即得，制得的光催化剂Zn4B6O13对抗生素如四环素具有光催化降解活性，且可以循环使用保持稳定。
Description
技术领域
本发明属于化学领域及环境保护污水处理技术领域，具体涉及一种Zn4B6O13的固相制备方法及在抗生素降解中的用途。
背景技术
随着经济的快速发展及人类生活需求的增加，环境污染已经变成制约经济发展的主要障碍，对人类的健康安全产生了重大影响，控制污染物的排放已经成为我国实现健康、绿色、可持续发展务必解决的问题之一。近年来，半导体光催化技术受到人们的广泛关注，也已成为解决能源短缺和环境污染问题的重要有效方法之一。当能量大于或等于半导体禁带宽度的光子照射在半导体光催化剂表面上时就会产生电子-空穴对，利用光生电子和空穴的还原和氧化能力进行光催化反应，实现对环境的修复。高性能半导体光催化材料的设计和发现在光催化领域十分重要。金属硼酸盐由于具有良好的光学吸收性质、化学性质稳定且成本低等特点，在光催化领域具有广阔的应用前景。本发明人采用固相方法合成金属硼酸盐光催化剂Zn4B6O13，发现Zn4B6O13对抗生素特别是四环素具有光催化降解活性，并首次应用于抗生素溶液的降解。研究结果表明，Zn4B6O13具有较高的光催化活性，是潜在高效的光催化材料。
发明内容
本发明的目的在于提出了一种采用固相合成法，制备金属硼酸盐光催化剂Zn4B6O13的方法，该方法获得的光催化剂Zn4B6O13对抗生素四环素具有光催化降解活性，可用于环保治理中污染水中抗生素如四环素的降解处理。
为实现本发明的目的，提供如下实施方案。
在一实施方案中，本发明的一种采用固相法制备光催化剂Zn4B6O13的方法，包含以下步骤：
1)将ZnO和H3BO3混合、研磨，然后升温到850-950℃烧结反应4-6小时；
2)反应结束，自然降温制得光催化剂Zn4B6O13。
上述本发明的方法，步骤1)中，ZnO和H3BO3的摩尔比为4：6-8，优选为为4：7；研磨时间为20-40min，优选磨时间为30min；所述升温，其升温速率7.5℃/min；烧结温度为900℃；烧结时间为5小时。
上述本发明的方法，制得的Zn4B6O13具有图1所示的XRD图谱特征峰。
在一具体实施方案中，本发明的一种采用固相法制备光催化剂Zn4B6O13的方法，包含如下步骤：
(1)称取4mmol的ZnO和7mmol的H3BO3混合研磨30min后，转移至刚玉坩埚中。
(2)将刚玉坩埚放入高温马弗炉中，以7.5℃/min的升温速率于900℃烧结5小时，自然降温后，最终制得光催化剂Zn4B6O13。
本发明的有益效果是：通过固相方法制备Zn4B6O13，获得的光催化剂Zn4B6O13对抗生素四环素具有光催化降解活性，可用于环保治理中污染水中抗生素如四环素的降解处理，且可以循环使用，催化特性保持稳定。
附图说明
图1为实施例1固相烧结制备的Zn4B6O13的XRD图谱与标准XRD图谱，其中，上为固相合成的Zn4B6O13的XRD图，下为Zn4B6O13的标准XRD图谱；
图2为实施例1制备的金属硼酸盐Zn4B6O13用于四环素降解的光催化活性图；
图3为实施例1制备的金属多硼酸盐Zn4B6O13在光催化反应前后的XRD图谱,其中，上为反应后的XRD图，下为反应前的XRD图。
具体实施方式
以下实施例具代表性的，用于进一步阐明和理解本发明的精神实质，但不以此限制本发明的范围，任何在本发明的精神实质下对本发明进行简单的修饰或变通，也属于本发明的范围。
实施例1固相方法制备Zn4B6O13。
制备工艺如下：
(1)分别在万分之一天平上称取物质的量为4mmol的ZnO和7mmol的H3BO3，将之混合研磨30min后，转移至刚玉坩埚中；
(2)将刚玉坩埚放入马弗炉中，以7.5℃/min的升温速率于900℃烧结5小时，自然降温后，最终得到光催化剂Zn4B6O13。
(3)取所制得的少量产物于玛瑙研钵中充分研磨，产物用岛津7000-X射线衍射仪进行物相表征，结果如图1所示，结果表明实验所制得产物的XRD图谱与Zn4B6O13的标准XRD(X粉末衍射)图谱一致。
实施例2应用实例(四环素降解光催化活性实验)
(1)通过实施本发明的方法制得的Zn4B6O13光催化降解抗生素四环素的实验，可知本发明的方法合成的光催化剂Zn4B6O13对四环素有较好的降解作用且具有很好的稳定性，如图2所示。
(2)实验具体步骤如下：
取30mg本法制得的光催化剂Zn4B6O13加入到100ml浓度为20mg/L的四环素溶液中搅拌均匀，暗吸附60min达吸附平衡。在125W的紫外高压汞灯下光照2h，每隔30min后取上清液7mL，高速离心后用UV-Vis分光光度计(岛津UV-2550)测定其吸光度。如图2所示。结果表明，在120min时间内，抗生素四环素的降解率约为38％，降解效果较好。(四环素溶液的最大吸收波长取为357nm)循环测试表明，其光催化降解抗生素四环素具有稳定的光催化活性。
(3)检测Zn4B6O13催化降解前后的XRD图
检测本发明的方法获得的Zn4B6O13光催化剂在对四环素光催化降解反应前后的XRD图，结果见图3，图3显示光催化前后样品的X射线多晶衍射图谱。结果表明光催化剂Zn4B6O13在降解抗生素四环素后仍具有良好的结构稳定性。
Claims (9)
1.一种采用固相法制备光催化剂Zn4B6O13的方法，包含以下步骤：
1)将ZnO和H3BO3混合、研磨，然后升温到850-950℃烧结反应4-6小时；
2)反应结束，自然降温制得光催化剂Zn4B6O13。
2.如权利要求1所述的方法，步骤1)中ZnO和H3BO3的摩尔比为4：(6-8)。
3.如权利要求2所述的方法，所述ZnO和H3BO3的摩尔比为4：7。
4.如权利要求1所述的方法，步骤1)中，研磨时间为20-40min。
5.如权利要求4所述的方法，步骤1)中，研磨时间为30min。
6.如权利要求1所述的方法，步骤1)中，所述升温，其升温速率7.5℃/min。
7.如权利要求1所述的方法，步骤1)中，烧结温度为900℃。
8.如权利要求1所述的方法，步骤1)中，烧结时间为5小时。
9.如权利要求1所述的方法，制得的Zn4B6O13具有图1所示的XRD图谱特征峰。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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