阅读说明：本技术 一种硫铟锌/黑磷纳米片光催化活化高铁酸盐降解抗生素的应用 (Application of zinc indium sulfide/black phosphorus nanosheet photocatalytic activation ferrate degradation antibiotic ) 是由 潘宝 赵艳利 秦佳妮 王传义 于 2021-10-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种硫铟锌/黑磷纳米片光催化活化高铁酸盐降解抗生素的应用。本发明的技术方案为:在抗生素废水中,加入高铁酸盐和硫铟锌/黑磷纳米片光催化剂,通过pH缓冲剂调节溶液pH值,在光照下反应,间隔一定时间取样检测污染物残留浓度。本发明首次将黑磷纳米片与氧掺杂的硫铟锌复合获得的新型光催化剂与高铁酸盐协同氧化降解环境中抗生素,方法简单易行,使用设备便宜简便、适用于工业化发展,有利于推广从而实现优异的光催化降解污染物性能；应用于环境污染治理,可大幅度提高降解污染物的效率。(The invention discloses an application of sulfur indium zinc/black phosphorus nanosheets in photocatalytic activation of ferrate to degrade antibiotics. The technical scheme of the invention is that ferrate and a sulfur indium zinc/black phosphorus nanosheet photocatalyst are added into antibiotic wastewater, the pH value of the solution is adjusted through a pH buffering agent, the solution reacts under illumination, and sampling is carried out at intervals to detect the residual concentration of pollutants. The invention first compounds the black phosphorus nanosheet and the oxygen-doped sulfur indium zinc to obtain the novel photocatalyst which is cooperated with ferrate to oxidize and degrade antibiotics in the environment, the method is simple and easy to implement, the used equipment is cheap and simple, the method is suitable for industrial development, and the popularization is facilitated, so that the excellent performance of photocatalytic degradation of pollutants is realized; the method is applied to environmental pollution treatment, and can greatly improve the efficiency of degrading pollutants.)

一种硫铟锌/黑磷纳米片光催化活化高铁酸盐降解抗生素的 应用

技术领域

本发明属于光催化降解环境污染物技术领域，具体涉及一种硫铟锌/黑磷纳米片光催化活化高铁酸盐降解抗生素的应用。

背景技术

抗生素被广泛应用于人类和兽类疾病的预防和治疗，以及动物饲养添加剂中。然而，所使用的抗生素不能被机体完全吸收，导致抗生素在环境系统内形成持续输入与持久存在现象，严重威胁着人类的健康和生态环境的稳定。抗生素具有成分复杂和难降解等特点，大部分传统水处理技术对抗生素这类污染物去除率仍然达不到国家允许的排放标准。因而，研发经济高效、绿色环保的抗生素深度处理技术具有重要意义。

利用光催化氧化技术，将污染物降解为无毒无害的H₂O和CO₂，以实现污染物的净化处理，是一种很具有前景的降解抗生素方法。其中，高铁酸盐氧化技术和光催化氧化技术由于绿色环保，反应条件温和，无二次污染等优点而备受关注。而金属硫化物因其具有合适的带隙和较强的可见光吸收特性因而引起了人们的广泛关注。化合物硫铟锌(ZnIn₂S₄)有着合适的带隙、良好的化学稳定性和优异的光催化性能从而被视为最具应用前景的光催化材料之一。但目前这两种技术降解污染物效率都还未达到实际应用的标准。

发明内容

为了克服以上技术问题，本发明的目的在于提供一种硫铟锌/黑磷纳米片光催化活化高铁酸盐降解抗生素的应用，将硫铟锌/黑磷纳米片复合光催化剂与高铁酸盐协同氧化降解环境中抗生素，方法简单易行，使用设备便宜简便、适用于工业化发展，有利于推广从而实现优异的光催化降解污染物性能；应用于环境污染治理，可大幅度提高降解污染物的效率。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种硫铟锌/黑磷纳米片光催化活化高铁酸盐降解抗生素的应用，在抗生素废水中，加入高铁酸盐和硫铟锌/黑磷纳米片光催化剂，通过pH缓冲剂调节溶液pH值，在光照下反应，间隔一定时间取样检测污染物残留浓度。

所述的高铁酸盐为高铁酸钾、高铁酸钠的一种或两种混合。

所述降解抗生素废水体系中，每立方米污染物需要的高铁酸盐的用量为1～1000g。

所述的催化剂为硫铟锌/黑磷纳米片光催化剂。

所述降解抗生素废水体系中，每立方米污染物需要的催化剂用量为10～1000g。

所述的硫铟锌/黑磷纳米片催化剂在光照下产生光生电子能活化高铁酸盐(Fe^VI)，产生中间价态高活性物种Fe^V/Fe^IV，从而提高降解抗生素效率。

所述的硫铟锌/黑磷纳米片的制备方法具体为：

将黑磷纳米片分散液与硫铟锌样品按照质量百分比0.5％混合在去离子水的密封容器中，抽真空，搅拌12小时，离心洗涤后，烘箱在60℃下干燥10小时，研磨，得到硫铟锌/黑磷纳米片光催化剂。

所述的pH缓冲剂为硼酸盐溶液或磷酸盐溶液，浓度为10-1000g/m³。

所述的高铁酸盐降解抗生素废水体系的pH范围为4～10，反应温度为10～30℃，反应时间为0～180min。

所述的抗生素废水为四环素、卡马西平、双氯芬、新诺明、磺胺地托辛、阿替洛尔、甲氧苄氨嘧啶、咖啡因、氟甲喹中的一种或多种。

所述光照的光源为氙灯、汞灯、LED灯、太阳光中的一种。

本发明的有益效果：

(1)本发明首次用硫铟锌/黑磷纳米片光催化-高铁酸盐协同耦合技术降解抗生素污染物，利用光催化剂产生的光生电子活化高铁酸盐(Fe^VI)，产生高活性物种Fe^V/Fe^IV，进而大幅度提高污染物降解效率；

(2)本发明的硫铟锌/黑磷纳米片材料具有泛用性，对不同前驱体、不同方法合成的硫铟锌/黑磷纳米片均适用，有利于大规模的推广；

(3)本发明的耦合技术简单易行，不需要复杂昂贵的设备、绿色环保无二次污染，反应条件温和，有利于在污染治理技术中推广应用。

附图说明

图1为硫铟锌/黑磷纳米片光催化协同高铁酸盐降解甲氧苄胺嘧啶(TMP)的活性图。

图2为硫铟锌/黑磷纳米片光催化协同高铁酸盐降解卡马西平(CBZ)的活性图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

一种硫铟锌/黑磷纳米片光催化活化高铁酸盐降解抗生素的应用，具体实施方案如下：

在抗生素废水中，加入高铁酸盐和硫铟锌/黑磷纳米片光催化剂，通过pH缓冲剂调节溶液pH值，在光照下反应，间隔一定时间取样检测污染物残留浓度。

所述的高铁酸盐为高铁酸钾、高铁酸钠的一种或两种混合。

所述的催化剂为硫铟锌/黑磷纳米片光催化剂。

所述降解抗生素废水体系中，每立方米污染物需要的高铁酸盐的用量为1～1000g。

所述降解抗生素废水体系中，每立方米污染物需要的催化剂用量为10～1000g。

所述的硫铟锌/黑磷纳米片催化剂在光照下产生光生电子能活化高铁酸盐(Fe^VI)，产生中间价态高活性物种Fe^V/Fe^IV，从而提高降解抗生素效率。

所述的硫铟锌/黑磷纳米片通过如下方法制备得到：将黑磷纳米片分散液与硫铟锌样品混合在去离子水的密封容器中，抽真空，搅拌12h，离心洗涤后，干燥10h，研磨，得到硫铟锌/黑磷纳米片。

所述的缓冲溶剂为硼酸盐溶液或磷酸盐溶液，浓度为10-1000g/m³。

所述的高铁酸盐降解抗生素废水体系的pH范围为4～10，反应温度为10～30℃，反应时间为0～180min。

所述的抗生素废水为四环素、卡马西平、双氯芬、新诺明、磺胺地托辛、阿替洛尔、甲氧苄氨嘧啶、咖啡因、氟甲喹中的一种或多种。

所述的光照光源为氙灯、汞灯、LED灯、太阳光中的一种。

实施例1

黑磷纳米片是通过将1g黑磷块状晶体溶于100mL N-甲基吡咯烷酮(NMP)试剂进行超声分散10h，得到黑磷纳米片在NMP中的分散液；通过水热法合成硫铟锌；将硫铟锌与黑磷纳米片分散液按质量百分比0.5％混合在去离子水的密封容器中，抽真空，搅拌12h，离心洗涤后，干燥10h，得到硫铟锌/黑磷纳米片。

实施例2

将制得的硫铟锌/黑磷纳米片用于协同高铁酸盐降解甲氧苄胺嘧啶抗生素，反应是在50mL的玻璃反应器中进行的，温度控制在实验室的恒温(25±1℃)，先配好20mM羟胺(NH₂OH)溶液，10mM的硼酸钠缓冲溶液，用硼酸钠缓冲溶液配100mM的高铁酸盐溶液及20μM的甲氧苄胺嘧啶溶液。称取1mg硫铟锌/黑磷纳米片，量取10mL高铁酸盐溶液，10mL甲氧苄胺嘧啶溶液加入反应器中，持续搅拌，可见光照下反应，间隔1min取1mL反应液经过滤膜过滤至加有10μL羟胺溶液的液相色谱进样瓶中，用高效液相色谱对取得的样品进行检测分析。

实施例3

将制得的硫铟锌/黑磷纳米片用于协同高铁酸盐降解卡马西平抗生素，反应是在50mL的玻璃反应器中进行的，温度控制在实验室的恒温(25±1℃)，先配好20mM羟胺(NH₂OH)溶液，10mM的硼酸钠缓冲溶液，用硼酸钠缓冲溶液配100mM的高铁酸盐溶液及20μM的甲氧苄胺嘧啶溶液。称取1mg硫铟锌/黑磷纳米片，量取10mL高铁酸盐溶液，10mL卡马西平溶液加入反应器中，持续搅拌，可见光照下反应，间隔1min取1mL反应液经过滤膜过滤至加有10μL羟胺溶液的液相色谱进样瓶中，用高效液相色谱对取得的样品进行检测分析。

图1为实施例2中硫铟锌/黑磷纳米片光催化协同高铁酸盐降解甲氧苄胺嘧啶(TMP)的活性图，反应3min，TMP的降解效率达到99.9％，分别是空白高铁酸盐和硫铟锌/黑磷纳米片光催化降解效率的3.3和9.0倍。

图2为实施例3中硫铟锌/黑磷纳米片光催化协同高铁酸盐降解卡马西平(CBZ)的活性图，反应3min，TMP的降解效率达到78.5％，分别是空白高铁酸盐和硫铟锌/黑磷纳米片光催化降解效率的1.2和1.52倍。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。