[發明專利]一種硫鐵礦燒渣/錳摻雜鐵酸鉍復合光催化劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202210103838.8
• 申請日: 2022-01-28
• 公開（公告）號: CN114392752B
• 公開（公告）日: 2023-10-20
• 發明（設計）人: 劉立華;潘偉民;董文豪;劉星;匡秋娟;徐世杰;唐安平;薛建榮
• 申請（專利權）人: 湖南科技大學
• 主分類號: B01J23/889
• 分類號: B01J23/889;C02F1/30;C02F101/30
• 代理公司: 湘潭市匯智專利事務所(普通合伙) 43108
• 代理人: 冷玉萍

本發明公開一種硫鐵礦燒渣/錳摻雜鐵酸鉍復合光催化劑及其制備方法和應用。本發明以硫鐵礦燒渣中提取的硝酸鐵作為鐵酸鉍生成的鐵源，以硝酸鉍為鐵酸鉍生成的鉍源，以硫酸錳進行摻雜，再以硫鐵礦燒渣中提取鐵后剩余多孔渣作為錳摻雜鐵酸鉍生成的模板和結構調控劑，實現對復合光催化劑中錳摻雜鐵酸鉍的結構與形貌的調控，并使生成鐵酸鉍與剩余渣中殘余的鐵氧化物產生協同作用，顯著提高對抗生素等有機污染物的光催化降解效能。克服了傳統鐵酸鉍的結構與形貌難以控制以及對有機污染物的催化降解活性低等缺陷，為硫鐵礦燒渣高附加值資源化利用提供了新途徑。本發明工藝簡單，反應條件溫和，操作控制容易，工藝過程環保，易于實現工業化生產。

技術領域

本發明涉及光催化劑，尤其涉及一種硫鐵礦燒渣/錳摻雜鐵酸鉍復合光催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

氟喹諾酮類物質(FQs)在我國是臨床使用率僅次于青霉素類藥物的廣譜抗生素，主要通過抑制DNA螺旋酶實現對革蘭氏陰性和陽性菌的高效抑制。FQs現已在環境中被廣泛檢出，其原因主要有：①該類抗生素被廣泛使用；②在目標生物體內代謝率較低，一般不超過50％，其余部分均以原藥排入環境；③目前的處理工藝技術對其處理效率低下；④結構穩定難以降解。由于FQs是針對特定目標生物體而專門進行分子結構設計的，因而具有特定的生物學效應，對非目標生物體也有潛在的、累積性的不良影響，即使在環境中存在濃度較低，也可能誘導病原菌產生耐藥性和光敏毒性并呈現復合污染的趨勢。此外，低濃度的FQs也對廣泛應用的生物廢水處理技術產生不良影響，給生物廢水處理帶來了嚴峻挑戰。因此，FQs的存在不僅對生態環境產生顯著的負面效應，對人體健康構成潛在威脅，而且對常用污水處理系統造成不良影響。因此，亟需研發針對FQs水污染的高效防治方法與技術。

目前，常規水處理技術中未有專門針對FQs等微污染物的處理單元，常用的混凝-沉淀-過濾工藝對FQs的處理效果普遍較差，而傳統生化處理系統存在影響因素多、操作控制要求高、耗時等缺點，且抗生素對微生物系統有不良影響，因此，傳統的處理方法和工藝已遠不能適應這些新污染的處理。迄今，已研發了一些處理FQs污染物的新方法，主要有氯化法、化學氧化法、直接光降解、光催化降解法、生物法、膜處理、高級氧化技術和吸附法等。但這些方法都存在一定的缺點：氯化法雖對FQs有較強的氧化分解能力，但對污染物的去除缺乏選擇性，并可能產生有毒和致癌的降解產物/中間產物；高級氧化技術中活性物種HO·對目標污染物缺乏選擇性，干擾因素多，其中臭氧化和芬頓氧化法需在較強酸性條件下進行，限制了其應用；傳統的生物方法和化學氧化法耗時長，效率低，容易產生二次污染，且化學氧化法對氧化劑的消耗量較大，處理成本較高；膜處理存在膜的成本高和膜污染等問題。與上述方法比較，光催化降解是在常溫下利用光能激發光催化活性，氧化分解有機污染物的高級氧化技術，具有降解有機污染物能力強，降解完全，速度快，無二次污染，特別是可見光催化降解可充分利用自然光源，處理成本低，是降解有機物最有效和最具推廣應用價值與前景的方法之一，已引起國內外學者的重視。利用光催化降解技術處理有機污染物的關鍵在于研發高效能低成本的光催化劑。目前報道的主要有TiO₂類光催化劑，如商業生產的P25納米TiO₂能夠有效催化降解水中諾氟沙星、C-TiO₂催化劑可在可見光下降解諾氟沙星等。但存在以下問題：①催化降解效果受水質條件的影響較大；②TiO₂光催化降解有機物是一個由自由基控制過程，對于降解物質缺乏選擇性，難以在多種污染物共存的復雜水體中將目標物選擇去除；③能帶隙較大(3.2eV)，一般需在紫外光下進行，應用受到限制。近年來研究人員逐步重視具有可見光催化活性的光催化材料的研發，取得了可喜進展。如磷氧共摻雜g-C₃N₄可見光催化材料比未摻雜的g-C₃N₄對恩諾沙星的降解速率高6.2倍、BiOCl-Bi₂₄O₃₁Cl₁₀/rGO異質結構對氧氟沙星的消除速率是純BiOCl-Bi₂₄O₃₁Cl₁₀的1.6倍、顆粒狀富鉍鉍/氧化氯化鉍內異質結光催化劑能在太陽光下有效催化環丙沙星、氧氟沙星和左氧氟沙星等。研發高效光催化劑的核心任務和主要目標是降低能隙帶，拓寬光吸收范圍和提高對光的吸收率，特別是自然光的利用，以提高其實用性和降低成本。利用工業廢渣開發光催化材料不僅可以充分利用廢渣中的有價成分，而且可消除大量污染物，是實現固體廢棄物高附加值資源化利用、降低光催化材料的制造成本、提高催化效能的有效方法。