CN115970712A - 一种高效提升四环素降解性能的复合催化剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种高效提升四环素降解性能的复合催化剂,化学表达式为x AgCl‑Bi3TaO7,其中x为AgCl和Bi3TaO7的摩尔百分比,所述x的摩尔百分比为10‑35;其制备方法,以Bi(NO3)3.5H2O、TaCl5为铋源和钽源,采用溶剂热法、沉淀沉积法进行制备;由于AgCl负载使Bi3TaO7使复合物比表面积增加,这有利于活性位点的增加和催化活性的提高;该催化剂与单相催化剂相比,四环素的降解性能显著提高,是一种有潜力的催化剂,这为未来抗生素废水的高效降解提供了思路和借鉴。

Description

一种高效提升四环素降解性能的复合催化剂及其制备方法
技术领域
本发明属于光催化剂技术领域,以四环素降解为反应基础,提出了一种高效提升四环素降解性能的复合催化剂的制备方法。
背景技术
继青霉素发现以来,由于其抗菌性这一特性,众多抗生素被研究发现并应用于医学实践,抗生素在对医疗事业做出突出贡献的同时,不可避免地会造成了环境的污染。
四环素(TC)作为全球第二大抗生素和畜牧业使用最多的药物,被广泛用于预防疾病和促进动物生长,然而并不能被禽畜完全吸收,其中大部分经由人类和动物排泄物,农业和污水排放或者代谢产物的形式进入环境。由于排泄物中大多数残留抗生素的半衰期比较长,部分被吸附在底泥等固相环境中,而不易被固相吸附的部分,则容易富集在水生动物体内,对生物体产生慢性毒性效应。同时,环境中的四环素类抗生素残留还会诱导微生物对其产生抵抗性,导致抗药性菌群的富集及抗性基因的产生。为了避免这一现象的产生,科学家们提出了各种各样的降解TC的方法,主要有化学、物理、生物三种方法来进行TC的去除,在考虑到建设和运行成本后,化学方法中的光催化法在光的照射下降解TC,具有成本低、效率高、无二次污染的优点。但是,AgCl/Bi3TaO7复合催化剂的制备及其光催化降解四环素的应用,尚未看到有报道。
发明内容
为了克服现有技术的上述问题,本发明主要是针对医药过程中广泛使用的抗生素—四环素(TC),进行高效的催化降解,提出一种高效提升TC催化降解性能的催化剂,其制备方法采用水热法、沉淀沉积法将AgCl负载到Bi3TaO7表面,AgCl的加入会引起Bi3TaO7比表面积、活性位点显著增加,有利于复合催化剂和目标污染物的充分接触。此外,复合光催化剂形成的异质结可以使该材料保持更强的氧化性,基于此,光催化降解TC的性能明显增强,因此,对环境的净化具有重大意义。具体的说:
本发明的第一方面,是提供一种高效提升TC降解性能的复合催化剂,化学名称为xAgCl-Bi3TaO7,其中x为AgCl和Bi3TaO7的摩尔百分比。例如:20AgCl-Bi3TaO7表示为AgCl:Bi3TaO7的摩尔比为20%,所述x的摩尔百分比为10-35。
优选的,x的摩尔百分比为15-30。
本发明的第二方面,是提供本发明第一方面的一种高效提升TC降解性能的复合催化剂的制备方法,具体解决技术问题的技术方案如下:
一种高效降解四环素催化剂AgCl/Bi3TaO7的制备方法,按下列步骤进行的:
(1)取一定量的Bi(NO3)3.5H2O和TaCl5
(2)将步骤(1)称取的Bi(NO3)3.5H2O和TaCl5分别加入到乙醇溶液中充分搅拌;
(3)将Bi(NO3)3.5H2O的乙醇溶液缓慢加入到TaCl5的乙醇溶液中搅拌;
(4)选取KOH调节步骤(3)混合溶液的pH并搅拌;
(5)在步骤(5)的溶液移入反应釜中,在烘箱中进行醇热反应;
(6)将步骤(5)的溶液自然冷却至室温,然后经水洗,乙醇洗涤,烘干,得所述催化剂Bi3TaO7
(7)称取一定量的Bi3TaO7,分散于去离子水中;
(8)取一定量的AgNO3和NaCl溶剂加入到步骤(7)的Bi3TaO7溶液中并置于黑暗条件搅拌;
(9)将步骤(8)的Bi3TaO7溶液自然冷却至室温,然后经水洗,乙醇洗涤,烘干,得到催化剂AgCl/Bi3TaO7
优选的,在所述步骤(1)中选取0.0028mol的Bi(NO3)3.5H2O和0.0047mol的TaCl5
优选的,在所述步骤(2)中选取Bi(NO3)3.5H2O和TaCl5分别加入到乙醇溶液(10mL)中搅拌。
优选的,在所述步骤(3)中TaCl5的乙醇溶液缓慢加入到Bi(NO3)3.5H2O的乙醇溶液中搅拌不少于20min。
优选的,在所述步骤(4)中反应过程体系的pH值控制在10.0。
优选的,在所述步骤(6)中将步骤(5)中溶液移入反应釜中在200℃下反应不少于24h。
优选的,在所述步骤(7)中选取0.05mol的Bi3TaO7
优选的,在所述步骤(8)中选取0.0075~0.015mol的AgNO3和NaCl加入到Bi3TaO7溶液中置于黑暗条件搅拌不少于2h。
本发明的优点是:该复合催化剂与单相催化剂相比,TC的降解性能显著提高。本发明的催化剂AgCl/Bi3TaO7是一种有潜力的催化剂,这为未来抗生素废水的高效降解提供了思路和借鉴。
附图说明:
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,本申请的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。
附图1为TC在x AgCl-Bi3TaO7(实施例1-4,对比例1,2)上的降解率。
附图2为x AgCl-Bi3TaO7催化剂的XRD谱图。
附图3为样品的比表面积和孔径。
具体实施方式
以下结合实施例和性能实验,对本发明作进一步的说明,但本发明不仅限于这些实施例,在未脱离本发明的前提下,所作的任何改进均落在本发明的保护范围之内。
在下述实施例和性能实验中,所用的化学试剂均为工业純试剂。
实施例1-4用于TC催化降解的催化剂AgCl-Bi3TaO7的制备
实施例1:
准确称取0.0028mol的Bi(NO3)3.5H2O和0.0047mol的TaCl5,分别加入到乙醇溶液(10mL)中搅拌均匀。在搅拌的同时将0.0047mol的TaCl5加入到0.0028mol的Bi(NO3)3.5H2O溶液中,充分搅拌,选取7M的KOH缓慢加入到混合溶液中调节pH至10后充分搅拌,而后移入反应釜中,在烘箱中进行醇热反应(200℃,24h)。自然冷却至室温,然后经水洗,乙醇洗涤,烘干,得所述催化剂Bi3TaO7
准确称取0.05mol的Bi3TaO7,分散于去离子水中。取0.0075mmol的AgNO3和NaCl溶剂于Bi3TaO7溶液中并置于黑暗条件搅拌2h。静置后洗涤干燥,制得的样品就为15AgCl-Bi3TaO7
实施例2:
准确称取0.0028mol的Bi(NO3)3.5H2O和0.0047mol的TaCl5,分别加入到乙醇溶液(10mL)中搅拌均匀。在搅拌的同时将0.0047mol的TaCl5加入到0.0028mol的Bi(NO3)3.5H2O溶液中,充分搅拌,选取7M的KOH缓慢加入到混合溶液中调节pH至10后充分搅拌,而后移入反应釜中,在烘箱中进行醇热反应(200℃,24h)。自然冷却至室温,然后经水洗,乙醇洗涤,烘干,得所述催化剂Bi3TaO7
准确称取0.05mol的Bi3TaO7,分散于去离子水中。取0.01mmol的AgNO3和NaCl溶剂于Bi3TaO7溶液中并置于黑暗条件搅拌2h。静置后洗涤干燥,制得的样品就为20AgCl-Bi3TaO7
实施例3:
准确称取0.0028mol的Bi(NO3)3.5H2O和0.0047mol的TaCl5,分别加入到乙醇溶液(10mL)中搅拌均匀。在搅拌的同时将0.0047mol的TaCl5加入到0.0028mol的Bi(NO3)3.5H2O溶液中,充分搅拌,选取7M的KOH缓慢加入到混合溶液中调节pH至10后充分搅拌,而后移入反应釜中,在烘箱中进行醇热反应(200℃,24h)。自然冷却至室温,然后经水洗,乙醇洗涤,烘干,得所述催化剂Bi3TaO7
准确称取0.05mol的Bi3TaO7,分散于去离子水中。取0.0125mmol的AgNO3和NaCl溶剂于Bi3TaO7溶液中并置于黑暗条件搅拌2h。静置后洗涤干燥,制得的样品就为25AgCl-Bi3TaO7
实施例4:
准确称取0.0028mol的Bi(NO3)3.5H2O和0.0047mol的TaCl5,分别加入到乙醇溶液(10mL)中搅拌均匀。在搅拌的同时将0.0047mol的TaCl5加入到0.0028mol的Bi(NO3)3.5H2O溶液中,充分搅拌,选取7M的KOH缓慢加入到混合溶液中调节pH至10后充分搅拌,而后移入反应釜中,在烘箱中进行醇热反应(200℃,24h)。自然冷却至室温,然后经水洗,乙醇洗涤,烘干,得所述催化剂Bi3TaO7
准确称取0.05mol的Bi3TaO7,分散于去离子水中。取0.015mmol的AgNO3和NaCl溶剂于Bi3TaO7溶液中并置于黑暗条件搅拌2h。静置后洗涤干燥,制得的样品就为30AgCl-Bi3TaO7
实验例1-4本发明TC催化降解的催化剂AgCl-Bi3TaO7的性能评价:
为评价所制备催化剂的催化性能,称取实施例1-4所制备的15mg光催化剂,分别放入50mLTC溶液中。随后将含有催化剂的溶液置于光化学反应仪,关闭箱门,避光黑暗条件下搅拌90min,使反应达到吸附-脱附平衡。随后,打开光源,每隔30min取4mL样,将取样离心后过滤,保证溶液和催化剂得以有效分离。
作为对比实验例1-2分别称取15mg AgCl及Bi3TaO7,采取按实验例1-4相同的做法,评价其催化性能。
另外,作为比较,同样进行不添加催化剂的空白实验。
上述实验例和对比实验例中,TC溶液浓度的测定由上海元析仪器有限公司生产的UV8800s紫外可见分光光度计在=356nm处的吸光度值来确定。光催化活性根据始末的TC浓度进行计算,计算公式如下所示:
Figure BDA0004089527310000041
其中C0,Ct分别指的是起始TC浓度和t时刻的TC浓度,A0和At分别指的是起始TC吸光度和t时刻的TC吸光度。具体的TC催化降解的性能评价由图1示出。
由图1所示的结果可以看出:利用本发明的TC催化降解的AgCl-Bi3TaO7催化剂,经3小时反应后最佳TC去除率高达86.8%。显然,本发明的复合催化剂与单相催化剂相比,TC的降解性能显著提高,表明AgCl/Bi3TaO7催化剂是一种有潜力的催化剂,这为未来抗生素废水的高效降解提供了思路和借鉴。
AgCl/Bi3TaO7催化剂的物相结构分析由图2示出。由图2所示的结果可以看出:复合物的衍射峰均与单相AgCl和Bi3TaO7的JCPDS卡片的标准数据相吻合,表明催化剂AgCl-Bi3TaO7成功制备。材料的物理化学性质(孔径,比表面积)由图3示出。由图3所示的结果可以看出:AgCl、BTO和AB-2复合材料均为介孔结构,且AB-2的比表面积与纯相AgCl和BTO相比显著增加,表明AB-2具有较多的活性位点,更有利于催化性能的提高。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后,将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化,这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的,本公开的真正范围和精神由本申请的的权利要求书指出。

Claims (10)

1.一种高效提升四环素降解性能的复合催化剂,化学表达式为x AgCl-Bi3TaO7,其中x为AgCl和Bi3TaO7的摩尔百分比,所述x的摩尔百分比为10-35。
2.根据权利要求1所述的复合催化剂,所述x的摩尔百分比为15-30。
3.一种权利要求1或2所述的复合催化剂的制备方法,按下列步骤进行的:
(1)取一定量的Bi(NO3)3.5H2O和TaCl5
(2)将步骤(1)称取的Bi(NO3)3.5H2O和TaCl5分别加入到乙醇溶液中充分搅拌;
(3)将Bi(NO3)3.5H2O的乙醇溶液缓慢加入到TaCl5的乙醇溶液中搅拌;
(4)选取KOH调节步骤(3)混合溶液的pH并搅拌;
(5)将步骤(4)的溶液移入反应釜中,在烘箱中进行醇热反应;
(6)自然冷却至室温,然后经水洗,乙醇洗涤,烘干,得所述催化剂Bi3TaO7
(7)称取一定量的Bi3TaO7,分散于去离子水中;
(8)取一定量的AgNO3和NaCl溶剂加入到步骤(7)Bi3TaO7溶液中并置于黑暗条件搅拌;
(9)将步骤(8)得到的溶液,自然冷却至室温,然后经水洗,乙醇洗涤,烘干,得所述催化剂AgCl/Bi3TaO7
4.权利要求3所述的制备方法,在所述步骤(1)中选取0.0028mol的Bi(NO3)3.5H2O和0.0047mol的TaCl5
5.权利要求3所述的制备方法,在所述步骤(2)中选取Bi(NO3)3.5H2O和TaCl5分别加入到乙醇溶液10mL中搅拌。
6.权利要求3所述的制备方法,在所述步骤(3)中TaCl5的乙醇溶液缓慢加入到Bi(NO3)3.5H2O的乙醇溶液中搅拌不少于20min。
7.权利要求3所述的制备方法,在所述步骤(4)中反应过程体系的pH值控制在10.0。
8.权利要求3所述的制备方法,在所述步骤(6)中将步骤(5)中溶液移入反应釜中在200℃下反应不少于24h。
9.权利要求4所述的制备方法,在所述步骤(7)中选取0.05mol的Bi3TaO7
10.权利要求4所述的制备方法,在所述步骤(8)中选取0.0075~0.015mol的AgNO3和NaCl加入到Bi3TaO7溶液中置于黑暗条件搅拌不少于2h。
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