一种生物炭复合四氧化三铁光催化剂的制备方法和应用

本发明涉及光催化剂制备，具体涉及一种生物炭复合四氧化三铁光催化剂的制备方法和应用。

背景技术：

1、随着科学技术和医疗水平的不断发展，农药和医药使用四环素的频率越来越高，这些人类和动物的自然活动导致生态环境中四环素的含量越来越多。研究表明，在不同地区的土壤、地下水和地表水中均发现了四环素及其中间分子残留，这些四环素不光会破坏自然环境，还会随着有毒物质的富集进入人体和动物体内，引起抗生素的耐药性，严重危害人类和动物的健康。环境中四环素的去除是一项世界性难题，以往的物理吸附、化学降解和生物防治因不能完全从环境中去除，容易对环境造成二次污染以及容易受到环境的影响并不是理想的去除方法。

2、以半导体及其衍生材料为媒介的光催化技术，可作为一种可持续、无污染且高效的手段治理环境中的废水和废气等有毒物质，从而有效的解决人类面临的环境难题。根据文献报道，有研究人员以水为溶剂，采用水热法成功合成了紫磷负载fe3o4的vp-fe3o4光催化剂用于降解水中的诺氟沙星污染物，但是该催化剂存在应用时需要与水下气泡等离子体（ubp）连用，且水热条件温度过高等问题。

3、基于此，开发一种易于制备且性能优异的光催化复合材料，是本领域人员亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明针对上述问题，提供了一种生物炭复合四氧化三铁光催化剂的制备方法和应用。

2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

3、本发明提供了一种生物炭复合四氧化三铁光催化剂的制备方法，具体包含以下步骤：

4、s1：制备生物炭（bc）：将板蓝根中药材残渣研磨成粉末状后放入石英舟中，在管式炉中通入n2，以恒定的升温速率热解，冷却至室温后研磨，得到生物炭（bc）；

5、s2：制备生物炭复合四氧化三铁（bc-fe3o4）光催化剂：将fe(no3)3·9h2o置于烧杯中，加入去离子水，再加入热解好的生物炭并搅拌，得到混合溶液；将混合溶液转移到具有聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中恒温反应，待反应结束后冷却至室温，用去离子水和无水乙醇洗涤3次，干燥，研磨成粉末状后放入石英舟中，在管式炉中通n2，以恒定的升温速率煅烧，冷却至室温，即得生物炭复合四氧化三铁（bc-fe3o4）光催化剂。

6、进一步地，所述步骤s1中，升温速率为10℃/min，热解反应温度为500℃，热解反应时间为90min。

7、进一步地，所述步骤s2中，fe(no3)3·9h2o的质量为0.31g、0.437g、0.576g、0.75g或0.94g。

8、进一步地，所述步骤s2中，烧杯体积为100ml，去离子水的体积为20ml，生物炭的质量为1g，搅拌时间为30min。

9、进一步地，所述步骤s2中，聚四氟乙烯内衬的体积为100ml；恒温反应温度为180℃，恒温反应时间为20h；干燥温度为60℃；升温速率为5℃/min，煅烧反应温度为600℃，煅烧反应时间为1h。

10、本发明还提供了一种生物炭复合四氧化三铁光催化剂的应用，所述生物炭复合四氧化三铁光催化剂在可见光和反应体系中加入过硫酸钠的情况下降解四环素。

11、进一步地，所述生物炭复合四氧化三铁光催化剂与四环素的质量比为20:1。

12、与现有技术相比，本发明的有益效果：

13、本发明中，本发明首次利用热解板蓝根中药材残渣作为生物炭，并且利用水热和煅烧的方法将生物炭与四氧化三铁进行复合，利用四氧化三铁较窄的带隙以及生物炭可作为电子传输通道。利用复合的四氧化三铁激活过硫酸盐捕获光生电子，并通过生物炭进行传输，延长了光生空穴和光生电子的寿命，降低了光生载流子的复合率，提高了光催化剂的催化性能。采用本发明方法制备的光催化剂，性能稳定，对四环素降解效果好，对光源利用率高，所用原料均价格低廉、无污染，制备时间短，能耗少，在解决环境污染、能源危机及光催化应用领域方面有良好的应用前景，可大规模生产。

技术特征：

1.一种生物炭复合四氧化三铁光催化剂的制备方法，其特征在于：具体包含以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种生物炭复合四氧化三铁光催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤s1中，升温速率为10℃/min，热解反应温度为500℃，热解反应时间为90min。

3.根据权利要求1所述的一种生物炭复合四氧化三铁光催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤s2中，fe(no3)3·9h2o的质量为0.31g、0.437g、0.576g、0.75g或0.94g。

4.根据权利要求1所述的一种生物炭复合四氧化三铁光催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤s2中，烧杯体积为100ml，去离子水的体积为20ml，生物炭的质量为1g，搅拌时间为30min。

5.根据权利要求1所述的一种生物炭复合四氧化三铁光催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤s2中，聚四氟乙烯内衬的体积为100ml；恒温反应温度为180℃，恒温反应时间为20h；干燥温度为60℃；升温速率为5℃/min，煅烧反应温度为600℃，煅烧反应时间为1h。

6.如权利要求1-5任一所述的一种生物炭复合四氧化三铁光催化剂的制备方法制备得到的生物炭复合四氧化三铁光催化剂的应用，其特征在于：所述生物炭复合四氧化三铁光催化剂在可见光和反应体系中加入过硫酸钠的情况下降解四环素。

7.根据权利要求6所述的一种生物炭复合四氧化三铁光催化剂的制备方法制备得到的生物炭复合四氧化三铁光催化剂的应用，其特征在于：所述生物炭复合四氧化三铁光催化剂与四环素的质量比为20:1。

技术总结本发明公开了一种生物炭复合四氧化三铁光催化剂的制备方法和应用，涉及光催化剂制备技术领域，具体包含以下步骤：S1：制备生物炭；S2：制备生物炭复合四氧化三铁光催化剂。本发明的光催化剂性能稳定，对四环素降解效果好，对光源利用率高，所用原料均价格低廉、无污染，制备时间短，能耗少，在解决环境污染、能源危机及光催化应用领域方面有良好的应用前景。技术研发人员：乐树坤,韩佳澳,刘全生,李娜,张子夜,苗凯受保护的技术使用者：内蒙古工业大学技术研发日：技术公布日：2025/1/6