磁性氮化碳/硒化锌光催化杀菌剂及其制备方法和用途

本发明属于杀菌剂领域，涉及一种磁性光催化杀菌剂及其制备方法和用途，具体是一种磁性氮化碳/硒化锌光催化杀菌剂及其制备方法和其在可见光照射下催化杀菌方面的应用。

背景技术：

1、在水体污染物中，有机污染物对生态危害大且扩散最广，它不仅危害水生生物的性命，还会造成包括痢疾、伤寒等疾病病原体在内的厌氧细菌和兼性厌氧菌的大量滋生。传统的杀菌剂（液氯和臭氧）均对微生物有很强的杀灭作用，但均会形成多种消毒副产物，对水体造成二次污染。含银及铜离子的杀菌剂的大量使用也会造成生物体内重金属的沉积。

2、在特定波段光照射下，光催化材料能够产活性氧发挥杀菌效果，实现污染物去除、抗菌杀菌、新能源生产、清洁化工生产和模拟光合作用，其具有节能、绿色、可持续和低成本等特点。但目前，氧化锌、二氧化钛这样的传统光催化剂只能被紫外光激发，对自然光利用率较低，大量光催化材料在抗菌杀菌的应用中面临效率低，在水体中难以回收使用，成本相对较高等问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对水体的抗菌杀菌问题，提供一种以磁性fe3o4微球为核、以g-c3n4与znse异质结复合材料为壳的磁性氮化碳/硒化锌光催化杀菌剂（四氧化三铁/石墨氮化碳/硒化锌，fe3o4@g-c3n4@znse）及其制备方法和用途，所制备的复合杀菌剂（fe3o4@g-c3n4@znse）在可见光照射下可高效杀菌，且性能稳定，可磁分离回收循环利用，安全、环境友好，可作为杀菌剂应用于水体消毒剂、医用抗菌剂等。

2、本发明所采用的技术方案：

3、一种磁性氮化碳/硒化锌光催化杀菌剂，包括fe3o4@g-c3n4@znse复合磁性材料，所述fe3o4@g-c3n4@znse复合磁性材料是由g-c3n4与znse异质结复合材料包裹在磁性fe3o4微球外部形成核壳式结构。

4、优选地，所述fe3o4@g-c3n4@znse复合磁性材料的粒径为1～2µm。

5、优选地，所述磁性fe3o4微球的粒径为100～800nm。

6、一种上述fe3o4@g-c3n4@znse复合磁性材料的制备方法，包括如下步骤：

7、s1、以fecl3·6h2o和naac为原料制备得到磁性fe3o4微球。

8、s2、以尿素晶体为原料制备得到g-c3n4。

9、s3、以g-c3n4、乙酸锌、硒粉和磁性fe3o4微球为原料制备得到fe3o4@g-c3n4@znse复合磁性材料。

10、优选地，所述步骤s1中，所述磁性fe3o4微球采用水热法制备得到：将fecl3·6h2o和naac溶解在乙二醇中，搅拌至溶液透明后，于反应釜中，180～220℃下水热反应6～10h，通过离心得到水热产物，用乙醇和去离子水洗涤，干燥，制备得到磁性fe3o4微球。

11、优选地，所述步骤s2中，所述g-c3n4采用高温煅烧法制备：取尿素晶体烘干研磨后于马弗炉中400～650℃高温反应2～6h，得到g-c3n4，碾磨成粉末，备用。还有其他制备g-c3n4的方法，如溶剂热法（合成过程复杂，经济效益低）、电化学沉积法（反应试剂复杂）、固相反应法（对反应环境与设备要求高）等等。本发明从简便经济，绿色环保的角度出发，优选马弗炉高温煅烧法制备g-c3n4。

12、优选地，所述步骤s2中，所述马弗炉的升温速率为，反应保温2～6h。

13、优选地，所述步骤s3中，所述fe3o4@g-c3n4@znse复合磁性材料采用一锅水热合成法制备：将g-c3n4、乙酸锌、硒粉与fe3o4加入4～10mol/l的koh溶液中，加入总液体体积10～30%的水合肼助溶，搅拌1～2h至悬液均匀，转移至反应釜中，利用水热法180～220℃高温反应，完成硒化锌与g-c3n4异质结复合材料的合成以及材料间的包覆，冷却、洗涤、干燥，得到fe3o4@g-c3n4@znse复合磁性材料。

14、优选地，所述步骤s3中，所述fe3o4@g-c3n4@znse复合磁性材料中，znse：fe3o4质量比为1：1～10：1，znse：g-c3n4的摩尔量比为1：1～10：1。

15、一种上述磁性氮化碳/硒化锌光催化杀菌剂在宽光谱杀菌中的应用，可用于水体杀菌处理、医用抗菌处理等。

16、优选地，所述的宽光谱是指光照波长范围为420nm～800nm。

17、优选地，所述的杀菌是指水体杀菌或医用抗菌。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果；

19、1、本发明将磁性fe3o4微球与有机半导体光催化剂石墨氮化碳(g-c3n4)和窄带隙半导体的znse材料进行复合，有效增强了材料的吸附性能和光催化性能，显示出宽光谱响应，达到宽光响应波长200~800nm，所得异质结复合物能降低带隙，提高光催化效率，可以达到宽光谱下可见光催化高效杀菌效果，并可充分回收以循环利用，稳定、低毒性、安全对生态环境友好，实现环保高效的杀菌净水处理或医用抗菌处理。

20、2、以具有良好的磁响应性、单分散性、超顺磁性的四氧化三铁作为复合抗菌基材，实现抗菌材料的可回收循环利用。

21、3、利用石墨氮化碳能带隙较窄的特性（能够利用波长小于440nm 的光能），可以提升硒化锌的太阳能利用率，同时石墨氮化碳具有易制备，稳定性好，光催化活性高等优点。利用硒化锌带隙窄（带隙在 2.5~2.8ev 之间）、高激发能 (21mev)、光敏性能优异等特点，可在带隙区域内产生大量能级缺陷，可以吸收所有可见光辐射，对光的利用率更高，具有优良的吸附性能和光催化性能，同时，硒化锌与其他ii-vi半导体材料相比，具有低毒性、生态环境友好的优势。

技术特征：

1.一种磁性氮化碳/硒化锌光催化杀菌剂，其特征在于，包括fe3o4@g-c3n4@znse复合磁性材料，所述fe3o4@g-c3n4@znse复合磁性材料是由g-c3n4与znse异质结复合材料包裹在磁性fe3o4微球外部形成核壳式结构。

2.根据权利要求1所述的磁性氮化碳/硒化锌光催化杀菌剂，其特征在于：所述fe3o4@g-c3n4@znse复合磁性材料的粒径为1～2µm。

3.根据权利要求1所述的磁性氮化碳/硒化锌光催化杀菌剂，其特征在于：所述磁性fe3o4微球的粒径为100～800nm。

4.一种权利要求1所述的fe3o4@g-c3n4@znse复合磁性材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，所述磁性fe3o4微球采用水热法制备得到：将fecl3·6h2o和naac溶解在乙二醇中，搅拌至溶液透明后，于反应釜中，180～220℃下水热反应6～10h，通过离心得到水热产物，用乙醇和去离子水洗涤，干燥，制备得到磁性fe3o4微球。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，所述g-c3n4采用高温煅烧法制备：取尿素晶体烘干研磨后于马弗炉中400～650℃高温反应2～6h，得到g-c3n4，碾磨成粉末，备用。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，所述马弗炉的升温速率为，反应保温2～6h。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中，所述fe3o4@g-c3n4@znse复合磁性材料采用一锅水热合成法制备：将g-c3n4、乙酸锌、硒粉与fe3o4加入4～10mol/l的koh溶液中，加入总液体体积10～30%的水合肼助溶，搅拌1～2h至悬液均匀，转移至反应釜中，利用水热法180～220℃高温反应，完成硒化锌与g-c3n4异质结复合材料的合成以及材料间的包覆，冷却、洗涤、干燥，得到fe3o4@g-c3n4@znse复合磁性材料。

9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中，所述fe3o4@g-c3n4@znse复合磁性材料中，znse：fe3o4质量比为1：1～10：1，znse：g-c3n4的摩尔量比为1：1～10：1。

10.一种权利要求1所述磁性氮化碳/硒化锌光催化杀菌剂在宽光谱杀菌中的应用。

11.根据权利要求10所述的应用，其特征在于，所述的宽光谱是指光照波长范围为420nm～800nm。

12.根据权利要求10所述的应用，其特征在于，所述的杀菌是指水体杀菌或医用抗菌。

技术总结发明属于杀菌剂领域，涉及一种磁性氮化碳/硒化锌光催化杀菌剂及其制备方法和用途，所述磁性氮化碳/硒化锌光催化杀菌剂，包括Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;@g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;@ZnSe复合磁性材料，所述Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;@g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;@ZnSe复合磁性材料是由g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;与ZnSe异质结复合材料包裹在磁性Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;微球外部形成核壳式结构。本发明将磁性Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;微球与g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;和ZnSe材料进行复合，有效增强了材料的吸附性能和光催化性能，显示出宽光谱响应，所得异质结复合物能降低带隙，提高光催化效率，可以达到宽光谱下可见光催化高效杀菌效果，并可充分回收以循环利用，稳定、低毒性、安全对生态环境友好，实现环保高效的杀菌净水处理或医用抗菌处理。技术研发人员：李媛,张偲妍,冯恋,张甜受保护的技术使用者：武汉理工大学三亚科教创新园技术研发日：技术公布日：2024/6/13