[發(fā)明專利]一種利用氮空位摻雜氮化鎢改性的磷酸銀復(fù)合光催化劑處理抗生素廢水的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110169136.5
• 申請日: 2021-02-07
• 公開（公告）號: CN112958132B
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊春平;聶金林;林燕;吳少華;鐘淇;麥文欣;林倩;池雨嫣
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東石油化工學(xué)院
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;C02F1/30;C02F101/30
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務(wù)所(普通合伙) 43008
• 代理人: 何文紅

本發(fā)明公開了一種利用氮空位摻雜氮化鎢改性的磷酸銀復(fù)合光催化劑處理抗生素廢水的方法，采用氮空位摻雜氮化鎢改性的磷酸銀復(fù)合光催化劑對抗生素廢水進(jìn)行處理，其中氮空位摻雜氮化鎢改性的磷酸銀復(fù)合光催化劑包括氮空位摻雜氮化鎢納米片，氮空位摻雜氮化鎢納米片上負(fù)載有磷酸銀顆粒。本發(fā)明中，采用氮空位摻雜氮化鎢改性的磷酸銀復(fù)合光催化劑對抗生素廢水進(jìn)行處理，通過催化劑的降解作用實現(xiàn)對對廢水中抗生素的有效去除，具有成本低廉、處理效率高、去除效果好、重復(fù)處理效果好等優(yōu)點，且能夠適用于各種性質(zhì)的抗生素廢，能夠在高硫酸鹽的脅迫下實現(xiàn)對廢水中抗生素的完全降解去除，表現(xiàn)出非常好的適應(yīng)性，有著很高的使用價值和很好的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體材料光催化應(yīng)用、環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種抗生素廢水的處理方法，具體設(shè)計一種利用氮空位摻雜氮化鎢改性的磷酸銀復(fù)合光催化劑處理抗生素廢水的方法。

背景技術(shù)

隨著經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，抗生素對環(huán)境和生態(tài)帶來的污染問題已成為當(dāng)今最嚴(yán)重的問題之一。以青霉素為例，青霉素是抗菌素的一種，是指分子中含有青霉烷、能破壞細(xì)菌的細(xì)胞壁并在細(xì)菌細(xì)胞的繁殖期起殺菌作用的一類抗生素，是由青霉菌中提煉出的抗生素。由于其具有高效治療細(xì)菌性感染的療效，被廣泛應(yīng)用。在青霉素的生產(chǎn)過程中，青霉素生產(chǎn)發(fā)酵液經(jīng)過濾除去菌渣，其濾液通過溶媒萃取、溶劑回收后會產(chǎn)生大量的廢液，此類青霉素生產(chǎn)廢水主要含有蛋白質(zhì)、糖類、醇類及青霉素的殘余物等，并含有高濃度的硫酸根離子和高濃度的殘留溶酶，因而該廢水中有機(jī)物濃度高、碳氮營養(yǎng)源比例失調(diào)、氮源過剩，同時廢水中含有大量硫酸鹽及部分殘留青霉素效價，而高硫酸鹽的存在以及青霉素廢水中含有的大量殘留藥物效價，對于大多數(shù)有機(jī)廢水生化處理系統(tǒng)的微生物有較強(qiáng)的抑制和殺菌作用。特別的，硫酸鹽濃度高通常高于5000mg/L，這是由于在青霉素生產(chǎn)的提取和冷卻工段使用了大量的硫酸鹽(SO₄^2-)，這使其排放的生產(chǎn)廢水中SO₄^2-的濃度較高，給廢水的厭氧生物處理帶來嚴(yán)重的影響。

傳統(tǒng)生化處理系統(tǒng)，很難在高鹽脅迫和青霉素存在條件實現(xiàn)廢水的高效處理，開發(fā)新型高效的高硫酸鹽青霉素廢水處理是十分必要的。光催化技術(shù)以其反應(yīng)條件溫和、能直接利用太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的優(yōu)勢，成為一種在能源和環(huán)境領(lǐng)域極具應(yīng)用前景的綠色技術(shù)。然而，現(xiàn)有光催化材料，如大多數(shù)半導(dǎo)體光催化劑在可見光區(qū)域的光催化活性仍不理想，這阻礙了光催化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用。此外，高濃度的硫酸根離子會抑制光催化劑的催化活性，使催化劑中毒失效。因此研究和開發(fā)同時具備高效可見光催化性能和抗高硫酸鹽性能的催化劑是解決這一技術(shù)瓶頸的關(guān)鍵。

在眾多具有可見光活性的催化劑中，磷酸銀(Ag₃PO₄)表現(xiàn)出優(yōu)異的有機(jī)污染物降解能力，其中Ag₃PO₄獨特的能帶位置使其價帶中的光生空穴具備強(qiáng)氧化能力，可以直接氧化和降解污染物，但是Ag₃PO₄單體的光催化效率有待進(jìn)一步提高，此外其光腐蝕較為嚴(yán)重，這嚴(yán)重阻礙了它的推廣應(yīng)用，而光腐蝕的根本原因是光生電子-空穴對的復(fù)合過程遠(yuǎn)快于捕獲-轉(zhuǎn)移的過程，這使得Ag⁺被光生電子還原成銀單質(zhì)，破壞Ag₃PO₄晶體結(jié)構(gòu)，降低光吸收性能，從而使光催化活性降低，重復(fù)利用性變差，這嚴(yán)重阻礙了它的推廣應(yīng)用。此外，Ag₃PO₄單體的抗硫酸鹽性能亦是有待進(jìn)一步加強(qiáng)。

目前，通過添加改性劑對磷酸銀進(jìn)行結(jié)構(gòu)性能改性是實現(xiàn)光生載流子分離的有效途徑。然而，改性的磷酸銀催化劑仍然存在光生電子-空穴對分離效率低、抗光腐蝕性弱、光催化活性弱的缺點，導(dǎo)致催化劑不能夠滿足高效降解去除有機(jī)污染物的要求，從而極大的限制了現(xiàn)有磷酸銀復(fù)合光催化劑的推廣和應(yīng)用。因此，如何克服現(xiàn)有磷酸銀材料中存在的光生電子-空穴對分離效率低、光催化活性差、重復(fù)利用性差、抗高硫酸鹽性能低等問題，以獲得一種光催化活性好、重復(fù)利用性好、耐高硫酸鹽的改性磷酸銀復(fù)合光催化劑，對于實現(xiàn)對高鹽青霉素廢水的有效處理具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容