本發(fā)明涉及光催化降解抗生素領(lǐng)域，涉及一種高效降解抗生素的摻氯碳量子點/g-c3n4納米片復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)：

近年g-c3n4被證明是具備可見光吸收的新型光催化劑，g-c3n4的光學(xué)帶隙為2.7ev，由于其碳氮間強大的共價鍵，適合在水溶液，酸性溶液，堿性溶液中使用。目前g-c3n4作為光催化劑可應(yīng)用在還原co2，光解水制氫，醇的選擇性氧化，分解污染物等方面。然而，g-c3n4的量子效率非常低，限制了g-c3n4的實際應(yīng)用。

碳量子點(cqds)是一種新型的碳納米材料，尺寸在10nm以下，具有良好的水溶性、低毒性、易于功能化和光穩(wěn)定性等優(yōu)異性能，在光催化領(lǐng)域有著潛在的應(yīng)用前景。由于其獨一無二的光學(xué)性能和電子特性，cqds廣泛地作為光吸收體與其它半導(dǎo)體納米顆粒結(jié)合，以改善它們的光催化性能。同時,cqds既可以作為電子給體又可以作為電子受體,這使得它在光催化領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用價值。

目前所制備出的碳量子點/g-c3n4復(fù)合材料，由于對可見光吸收較低以及光生電子空穴對的復(fù)合率較高，嚴重地影響了光催化活性。因此，如何制備出一種高效的碳量子點/g-c3n4光催化劑仍然是目前研究的重點內(nèi)容。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明的目的在于：提供一種高效降解抗生素的摻氯碳量子點/g-c3n4納米片復(fù)合材料的制備方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

一種高效降解抗生素的摻氯碳量子點/g-c3n4納米片復(fù)合材料的制備方法，采用在空氣條件下的兩次煅燒法制備g-c3n4納米片；然后用鹽酸溶液對所制備的g-c3n4納米片質(zhì)子化處理；之后以乙二醇以及氯化亞砜作為原料制備出摻氯碳量子點溶液；最后，將摻氯碳量子點溶液與質(zhì)子化的g-c3n4納米片通過靜電自組裝的方法制備出復(fù)合材料。

優(yōu)選地，所述的高效降解抗生素的摻氯碳量子點/g-c3n4納米片復(fù)合材料的制備方法，具體步驟如下：

(1)g-c3n4納米片的制備：以三聚氰胺為原料，將原料放入坩堝后置于馬弗爐中，一次煅燒獲得原始g-c3n4；將所獲得的原始g-c3n4在空氣中敞開進行二次煅燒，即通過兩次煅燒來獲得g-c3n4納米片；

(2)g-c3n4納米片的質(zhì)子化：將步驟(1)制備的g-c3n4納米片分散于鹽酸溶液中，通過攪拌、離心清洗獲得質(zhì)子化的g-c3n4納米片；

(3)摻氯碳量子點的制備：采用水熱法來制備含氧碳量子點溶液，以乙二醇作為碳源，在高溫條件下，通過熱聚合的方式形成含氧碳量子點溶液；最后通過氯化亞砜處理的含氧碳量子點溶液來獲得摻氯碳量子點；

(4)摻氯碳量子點/g-c3n4納米片復(fù)合材料的制備：將摻氯碳量子點溶液與質(zhì)子化的g-c3n4納米片置于盛有水的燒杯，超聲后攪拌混合物，通過靜電自組裝的復(fù)合方法來制備復(fù)合材料。

優(yōu)選地，步驟(1)中一次煅燒溫度為500-600℃，時間為3-5h；二次煅燒溫度為450-525℃，時間為1-4h。

優(yōu)選地，步驟(2)中鹽酸溶液的濃度為1-5mol/l，攪拌時間為2-4h。

優(yōu)選地，步驟(3)中水熱法制備碳量子點的反應(yīng)條件為：水熱溫度為160-240℃，保溫時間為4-6h，水熱反應(yīng)后離心取上清液即得含氧碳量子點溶液。

優(yōu)選地，步驟(3)中通過氯化亞砜處理含氧碳量子點溶液獲得摻氯碳量子點的具體過程如下：將含氧碳量子點溶液和氯化亞砜混合均勻，密封于反應(yīng)釜中，加熱到150-200℃，保溫4-6h，離心取上清液即可獲得摻氯的碳量子點。

優(yōu)選地，步驟(3)中當含氧碳量子點溶液為10ml時，氯化亞砜的體積為250-750ul。

優(yōu)選地，步驟(4)中當摻氯碳量子點溶液為5ml時，質(zhì)子化的g-c3n4納米片的質(zhì)量為70mg。

優(yōu)選地，步驟(4)中超聲條件如下：超聲功率為400-600w，超聲時間為10-20min。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明所制備的摻氯碳量子點/g-c3n4納米片復(fù)合材料的比表面積大，光吸收范圍廣，光生電子空穴對復(fù)合率低；

本發(fā)明相比于一般的碳量子點/g-c3n4復(fù)合材料，摻氯的碳量子點可更好的提升g-c3n4對可見光的吸收以及加快g-c3n4電子和空穴的分離，從而表現(xiàn)出更優(yōu)良的光催化降解性能。

附圖說明

圖1為摻氯碳量子點的透射電子顯微照片；

圖2為摻氯碳量子點/g-c3n4納米片復(fù)合材料的透射電子顯微照片。

具體實施方式

以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的說明，需要說明的是，僅僅是對本發(fā)明構(gòu)思所作的舉例和說明，所屬本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，只要不偏離發(fā)明的構(gòu)思或者超越本權(quán)利要求書所定義的范圍，均應(yīng)視為落入本發(fā)明的保護范圍。

實施例1

一種高效降解抗生素的摻氯碳量子點/g-c3n4納米片復(fù)合材料的制備方法，具體步驟如下：

(1)g-c3n4納米片的制備：以三聚氰胺為原料，將原料放入坩堝后置于馬弗爐中，550℃煅燒4h獲得原始g-c3n4；將所獲得的原始g-c3n4在475℃下敞開煅燒2h，即通兩次煅燒來獲得g-c3n4納米片；

(2)g-c3n4納米片的質(zhì)子化：將步驟(1)制備的g-c3n4納米片分散于3mol/lhcl溶液中，攪拌3h后、離心清洗獲得質(zhì)子化的g-c3n4納米片；

(3)摻氯碳量子點的制備：取30ml乙二醇放入反應(yīng)釜，加熱到200℃，保溫5h，冷卻到室溫，將反應(yīng)釜內(nèi)的溶液離心得到的上清液即為含氧碳量子點溶液。然后取10ml含氧碳量子點溶液，再加入250ul氯化亞砜混合均勻，密封于50ml反應(yīng)釜中，加熱到180℃，保溫5h，離心取上清液即可獲得摻氯的碳量子點(cl-cqds)，此外為了除去多余氯化亞砜，將所獲得的溶液在100℃下加熱1h。

步驟(3)所制備的摻氯碳量子點如圖1所示，摻氯碳量子點分布均勻且粒徑大小在2-4nm。

(4)摻氯碳量子點/g-c3n4納米片復(fù)合材料的制備：將5ml摻氯碳量子點與70mg質(zhì)子化的g-c3n4納米片置于盛有水的燒杯，超聲(500w)15min后攪拌4h，通過靜電自組裝的復(fù)合方法來獲得復(fù)合材料。

步驟(4)所制備的摻氯碳量子點/g-c3n4納米片復(fù)合材料如圖2所示，摻氯碳量子點負載在g-c3n4納米片上。

本實施例所制備的摻氯碳量子點/g-c3n4納米片復(fù)合材料，具有很強的光催化能力，可見光條件下可在120min內(nèi)實現(xiàn)10mg/l鹽酸四環(huán)素(tc)的完全降解，相同條件下g-c3n4的降解率僅為45％。根據(jù)一級動力學(xué)計算公式，可計算出可見光降解tc溶液的動力學(xué)常數(shù)，在相同的光催化實驗條件下，摻氯碳量子點/g-c3n4納米片復(fù)合材料降解tc溶液的動力學(xué)常數(shù)為9.55×10^-3min^-1，是原始g-c3n4的1.65倍(5.76×10^-3min^-1)。

實施例2

本實施例的制備方法同實施例1，不同的是步驟(3)中氯化亞砜的體積250ul修改為350ul。

本實施例所制備的摻氯碳量子點/g-c3n4納米片復(fù)合材料，具有較強的光催化能力，可見光條件下可在120min內(nèi)實現(xiàn)10mg/l鹽酸四環(huán)素(tc)的完全降解，降解tc溶液的動力學(xué)常數(shù)為9.72×10^-3min^-1。

實施例3

本實施例的制備方法同實施例1，不同的是步驟(3)中氯化亞砜的體積250ul修改為450ul。

本實施例所制備的摻氯碳量子點/g-c3n4納米片復(fù)合材料，具有較強的光催化能力，可見光條件下可在120min內(nèi)實現(xiàn)10mg/l鹽酸四環(huán)素(tc)的完全降解，降解tc溶液的動力學(xué)常數(shù)為10.15×10^-3min^-1。

實施例4

本實施例的制備方法同實施例1，不同的是步驟(3)中氯化亞砜的體積250ul修改為550ul。

本實施例所制備的摻氯碳量子點/g-c3n4納米片復(fù)合材料，具有很強的光催化能力，可見光條件下可在120min內(nèi)實現(xiàn)10mg/l鹽酸四環(huán)素(tc)的完全降解，降解tc溶液的動力學(xué)常數(shù)為11.87×10^-3min^-1。

實施例5

本實施例的制備方法同實施例1，不同的是步驟(3)中氯化亞砜的體積250ul修改為650ul。

本實施例所制備的摻氯碳量子點/g-c3n4納米片復(fù)合材料，具有較強的光催化能力，可見光條件下可在120min內(nèi)實現(xiàn)10mg/l鹽酸四環(huán)素(tc)的完全降解，降解tc溶液的動力學(xué)常數(shù)為9.45×10^-3min^-1。

實施例6

本實施例的制備方法同實施例1，不同的是步驟(3)中氯化亞砜的體積250ul修改為750ul。

本實施例所制備的摻氯碳量子點/g-c3n4納米片復(fù)合材料，具有較強的光催化能力，可見光條件下可在120min內(nèi)實現(xiàn)10mg/l鹽酸四環(huán)素(tc)的完全降解，降解tc溶液的動力學(xué)常數(shù)為8.04×10^-3min^-1。