一种新型二氧化铈、制备方法及应用
阅读说明：本技术 一种新型二氧化铈、制备方法及应用 (Novel cerium dioxide, preparation method and application ) 是由 赵朴素 张莉莉 朱凤霞 殷竟洲 宋洁 阚卫秋 孙小军 安礼涛 于 2021-08-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种新型二氧化铈、制备方法及应用。在制备过程中,用超声波处理一段时间,得到二氧化铈,制备方法,包括以下步骤：S1将硝酸铈溶解在水中,再加入镁粉,超声波处理一段时间,反应得到二氧化铈沉淀物；S2离心分离出二氧化铈沉淀物；S3烘干,得到淡黄色二氧化铈粉末。本发明制备方法简单易操作,不使用大型设备,无需高温处理；制备的二氧化铈对四环素类兽药废水的光催化降解效率高,相比商业二氧化铈来说,其降解能力提升3-5倍。(The invention discloses novel cerium dioxide, a preparation method and application thereof. In the preparation process, the cerium dioxide is obtained by treating the cerium dioxide for a period of time by ultrasonic waves, and the preparation method comprises the following steps: s1, dissolving cerium nitrate in water, adding magnesium powder, performing ultrasonic treatment for a period of time, and reacting to obtain cerium dioxide precipitate; s2, centrifugally separating out cerium dioxide precipitate; s3 drying to obtain light yellow cerium dioxide powder. The preparation method is simple and easy to operate, does not use large-scale equipment, and does not need high-temperature treatment; the prepared cerium dioxide has high photocatalytic degradation efficiency on tetracycline veterinary drug wastewater, and compared with commercial cerium dioxide, the degradation capacity of the prepared cerium dioxide is improved by 3-5 times.)
技术领域
本发明涉及二氧化铈制备技术领域，具体为一种新型二氧化铈、制备方法及其在四环素类兽药废水处理中的应用。
背景技术
近年来,全球许多地区都检测出抗生素,种类也呈现越来越多的趋势，抗生素的生态风险引起了人们的广泛关注，四环素(TC)是一种典型的抗生素，由于其能够治疗细菌性疾病，被广泛应用到药物和饲料添加剂中，在抗生素生产和使用中排名第二。但是，只有很小一部分四环素会被人或动物吸收代谢，其余全部以排泄物或本身存在于环境中，对生态系统造成严重威胁，因此去除多余四环素，保护环境刻不容缓。研究表明半导体光催化剂可以利用太阳能对四环素进行彻底降解，无二次污染，可长效多次使用。因此，寻找高效的半导体光催化剂是解决四环素污染引起的环境问题的关键。
二氧化铈以其无毒性,制备方法简单,高储氧能力,化学性质稳定等特性而备受关注。铈是稀土元素中最丰富的元素，因此二氧化铈的来源十分丰富。与传统的催化剂二氧化钛光相比,二氧化铈得益于其易氧化还原的特性而拥有更多的活性位点,有利于提升光催化反应活性。
对于市面上销售的商业二氧化铈来说，其用于降解四环素时降解效率不能令人满意，为此，我们提出一种新型二氧化铈制备方法解决上述问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种新型二氧化铈、制备方法及应用，在制备二氧化铈过程中，超声波处理一段时间，制得的二氧化铈在光催化降解四环素时比商业应用的二氧化铈降解效率提升几倍，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种新型二氧化铈，在制备过程中，经过超声波处理一段时间，得到超声波处理的二氧化铈。
一种新型二氧化铈的制备方法，包括以下步骤：
S1将硝酸铈溶解在水中，再加入镁粉，超声波处理一段时间，反应得到二氧化铈沉淀物；
S2离心分离出二氧化铈沉淀物沉淀物；
S3烘干，得到淡黄色二氧化铈粉末。
进一步的，S1中，硝酸铈与镁的物质的量比为1：1。
进一步的，S1中，超声波功率为80-130W，处理时间为6-10h。
进一步的，S3中，烘干温度为60-75℃，处理时间为4-6h。
进一步的，一种新型二氧化铈的制备方法，包括以下步骤：
S1将4mmol硝酸铈溶解在60mL水中，再加入4mmol镁粉，用100W的超声波处理6h，反应得到二氧化铈沉淀物；
S2离心分离出二氧化铈沉淀物沉淀物；
S3烘干，在60℃下处理6h，得到淡黄色二氧化铈粉末。
一种新型二氧化铈的应用，作为催化剂应用于光催化降解四环素废水中。
半导体光催化剂的催化原理：
光能够激发半导体中的电子，将电子从价带激发到导带生成光生电子，而价带中产生对应的光生空穴，电子和空穴分别扩散到半导体表面，在表面与不同的反应对象进行反应。光生电子具有还原性，空穴具有氧化性，这两种应能可以分别应用在不同的领域。
二氧化铈的催化原理：
二氧化铈在光的照射下，被能量大于或等于其禁带宽度的光子所激发，光生电子(e-)被光激发至半导体的导带，在价带上留下相应的空穴(h+)；光生电子(e-)和空穴(h+)在二氧化铈纳米颗粒的内部复合或迁移至材料表面；光生电子(e-)和空穴(h+)到达二氧化铈粒子表面并与其表面吸附物质或溶剂中的物质发生相互作用，即发生氧化还原反应，从而产生一些具有强氧化性的自由基团(·OH，·O2 -)和具有一定氧化能力的物质(H2O2)；上述产生的具有强氧化性的自由基团和氧化性物质与被降解污染物充分作用，使其氧化或矿化为无机产物与H2O。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本新型二氧化铈，具有以下好处：
制备方法简单易操作，不使用大型设备；制备的二氧化铈光催化降解效率高，相比商业二氧化铈来说，对四环素的降解能力提升3-5倍。
附图说明
图1为本发明制备的样品XRD谱图；
图2为本发明制备的二氧化铈样品的扫描电镜照片；
图3为光催化降解四环素性能对比图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明提供以下技术方案：
一种新型二氧化铈，在制备过程中，经过超声波处理一段时间，得到超声波处理的二氧化铈。
一种新型二氧化铈的制备方法，包括以下步骤：
S1将硝酸铈溶解在水中，再加入镁粉，超声波处理一段时间，反应得到二氧化铈沉淀物；
S2离心分离出二氧化铈沉淀物沉淀物；
S3烘干，得到淡黄色二氧化铈粉末。
图1为经高温处理样品XRD谱图，经过与标准谱图比对，发现图1中图谱与二氧化铈的标准谱图一致，说明所得样品为二氧化铈。
实施例1：
一种新型二氧化铈的制备方法，包括以下步骤：
S1将4mmol硝酸铈溶解在60mL水中，再加入4mmol镁粉，用100W的超声波处理6h，反应得到二氧化铈沉淀物；
S2离心分离出二氧化铈沉淀物沉淀物；
S3烘干，在60℃下处理6h，得到淡黄色二氧化铈粉末。
对比例1：
一种新型二氧化铈的制备方法，包括以下步骤：
S1将4mmol硝酸铈溶解在60mL水中，再加入4mmol镁粉，反应得到二氧化铈沉淀物；
S2离心分离出二氧化铈沉淀物沉淀物；
S3烘干，在60℃下处理6h，得到淡黄色二氧化铈粉末。
对比例2：
市场上购买的商业二氧化铈。
图2为实施例1制备的二氧化铈样品的扫描电镜照片，从图2中分析可知，所得二氧化铈为纳米粒子。
实验例1
观察实施例1和对比例1-2制得的二氧化铈的光催化降解四环素性能。
1实验装置与材料
本实验中采用的实验材料包括盐酸四环素、公司，实验中的所有溶液及分析过程中的水相均采用去离子水配制。
2光催化性能评价方法
首先进行30min暗反应，结束后取一次溶液进行离心分离，用紫外分光光度计在360nm波长处测定上层清液吸光度，记为A0。在300W氙灯的照射下，每隔30min取一次溶液进行离心分离，用紫外分光光度计在360nm波长处测定上层清液吸光度，记为Ai,
3实验方法
光照实验在一个圆柱形反应器内进行，反应器分为内外两部分，外部为反应容器，容积为200mL，是反应器的主要区域，并用小型气泵进行曝气供氧；内部为石英双层冷却套管，内层放置紫外灯，夹层为冷水浴，光源为一支300W的氙灯。圆柱形光反应器置于磁力搅拌器上保证二氧化铈分散均匀,并用不锈钢黑箱遮光。将缓冲溶液配制的初始浓度为10mg·L-1的四环素溶液。进行光催化降解实验,定时取样，10000r·min-1的转速离心10min,再用0.45μm滤膜过滤后测定，对实施例1和对比例1-2制得的二氧化铈分别实验，实验结果对比如图3所示。
4实验结果
由图3分析可知，实施例1制得的二氧化铈对四环素的降解速度比对比例1-2快，随着反应的进行，这种趋势并没有改变，在150min的节点上，实施例1制得的二氧化铈对四环素的降解效率大约是对比例2中商业二氧化铈的四倍。由此可以证实，本发明制备的二氧化铈相比现有技术对于四环素的降解有更高的效率。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
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