[發(fā)明專利]一種銅單原子催化劑及其制備方法和應(yīng)用、銅單原子催化劑催化降解廢水中四環(huán)素的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111486082.1
• 申請(qǐng)日: 2021-12-07
• 公開（公告）號(hào): CN114011409B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李維尊;沈鑄睿;劉軍建
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南開大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J23/72
• 分類號(hào): B01J23/72;C02F1/32;C02F1/72;C02F101/38
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 申素霞

本發(fā)明提供了一種銅單原子催化劑及其制備方法和應(yīng)用、銅單原子催化劑催化降解廢水中四環(huán)素的方法，屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明制備的銅單原子催化劑中，銅單原子負(fù)載于含C?N結(jié)構(gòu)載體上，構(gòu)建的中空載體實(shí)現(xiàn)了Ti³⁺與Ti⁴⁺的自摻雜，使得光催化效應(yīng)增強(qiáng)，提升了電子轉(zhuǎn)移能力，間接提高了催化效率，在紫外光條件下，所制備的催化劑對(duì)低濃度四環(huán)素廢水去除效果好，凈化效率高，低濃度四環(huán)素的降解效率達(dá)到94％，有效提升水體質(zhì)量，有效解決了當(dāng)前水體中低濃度四環(huán)素對(duì)環(huán)境的危害。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及污水處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種銅單原子催化劑及其制備方法和應(yīng)用、銅單原子催化劑催化降解廢水中四環(huán)素的方法。

背景技術(shù)

自從1928年發(fā)現(xiàn)青霉素以來，人類開始廣泛使用抗生素，并且在家禽飼養(yǎng)、畜牧業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖和食品加工等方面也在廣泛應(yīng)用。人畜服用的抗生素藥物大多不能被充分吸收，而隨排泄物進(jìn)入污水或者直接排入水環(huán)境。環(huán)境水體中殘留抗生素主要來自抗生素工業(yè)廢水、人用抗生素和獸用抗生素。抗生素在環(huán)境水體中的濃度一般為痕量(ng/L)。水中抗生素殘留對(duì)水生生物的影響表現(xiàn)在對(duì)一些藻類、魚類等產(chǎn)生毒性。長(zhǎng)期低濃度抗生素的存在可能會(huì)對(duì)水體中的微生物群落產(chǎn)生影響，并通過食物鏈的傳遞作用影響高級(jí)生物，破壞生態(tài)系統(tǒng)。此外，抗生素的使用會(huì)導(dǎo)致病原微生物產(chǎn)生耐藥性，使得抗生素殺死細(xì)菌的有效劑量不斷增加。而抗藥性基因可以在代與代之間傳遞，又可以在不同細(xì)菌間傳遞。因此，一些耐藥性細(xì)菌雖然不具有致病性，卻能把耐藥性基因傳遞給致病菌，耐藥致病菌的增加和擴(kuò)散，對(duì)人類健康造成潛在的潛在風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，環(huán)境中多種抗生素共存，為誘導(dǎo)產(chǎn)生具有耐藥性尤其是交叉耐藥性的菌株創(chuàng)造了有利條件。最終，抗生素及其衍生物在水及食物中殘留，通過食物鏈長(zhǎng)期富集，對(duì)人體健康造成潛在影響。如四環(huán)素類藥物長(zhǎng)期累積可抑制幼兒發(fā)育和骨骼生長(zhǎng)；磺胺類藥物易導(dǎo)致敏感個(gè)體過敏。

目前已有的含抗生素廢水的處理方法主要有物理法、化學(xué)法和生物法等。物理法主要有氣浮法、吸附法和膜技術(shù)；化學(xué)法主要有臭氧氧化法、Fenton氧化法和電化學(xué)技術(shù)；生物法主要有SBR法(序批式活性污泥法)、MBR法(膜生物反應(yīng)器法)和上流式厭氧污泥床法。然而，因廢水中抗生素濃度低(15～30mg/L)，現(xiàn)有的處理方法難以對(duì)低濃度抗生素水體進(jìn)一步凈化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種銅單原子催化劑及其制備方法和應(yīng)用、銅單原子催化劑催化降解廢水中四環(huán)素的方法，所制備的銅單原子催化劑對(duì)低濃度四環(huán)素廢水具有高效去除效果。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種銅單原子催化劑的制備方法，包括以下步驟：

將鈦酸四丁酯、冰醋酸、[Bmim][BF₄]和水混合后，進(jìn)行共沉淀反應(yīng)，得到前軀體；

將所述前驅(qū)體、甲醛、雙氰胺、銅鹽和水混合，將所得混合液蒸干后，進(jìn)行焙燒，得到銅單原子催化劑。

優(yōu)選的，所述鈦酸四丁酯、冰醋酸、[Bmim][BF₄]和水的摩爾比為1：5：(0.2～2)：(1～2)。

優(yōu)選的，所述共沉淀反應(yīng)在微波條件下進(jìn)行；所述共沉淀反應(yīng)的溫度為140～170℃，時(shí)間為0.5～1h。

優(yōu)選的，所述甲醛、雙氰胺和銅鹽的摩爾比為7:7:(0.5～2)。

優(yōu)選的，所述前驅(qū)體與甲醛的摩爾比為(15～30):1。

優(yōu)選的，所述焙燒的過程包括依次進(jìn)行的第一焙燒和第二焙燒；所述第一焙燒在Ar氣氛下進(jìn)行，所述第一焙燒的溫度為550～700℃，時(shí)間為1.5～3h；所述第二焙燒在H₂和Ar混合氣氛下進(jìn)行，所述第二焙燒的溫度為380～500℃，時(shí)間為1.5～3h。