一種熒光摻雜碳納米光催化劑及其制備方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生化分析領(lǐng)域，具體是一種新型熒光摻雜碳納米光催化劑及其制備方法與在光催化降解羅丹明B(簡稱為RhB)中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]碳點(CDs)，作為碳納米材料家族的新成員，是直徑小于1nm的碳納米顆粒，通常由SP2雜化的碳原子、富含氧和氫的物質(zhì)所組成。碳點作為一種新型熒光碳納米材料，擁有特殊的熒光性能，如激發(fā)和發(fā)射波長可調(diào)、光穩(wěn)定性好、無光閃爍現(xiàn)象等，CDs相比與傳統(tǒng)的有機(jī)熒光染料和金屬量子點，有許多優(yōu)點，其獨特的發(fā)光性質(zhì)和生物相容性在光催化、發(fā)光設(shè)備、光電子學(xué)、生化分析、細(xì)胞成像及檢測等領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。為了提高熒光CDs的光電特性，硼、氮、氟、硫等作為摻雜化學(xué)元素引入到⑶s里面(Dong Y,Pang H,Yang H B,Guo C XjShao J WjChi Y WjLi C MjYu T.Angewandte Chemie Internat1nal Edit1n,2013，52(30):7800-7804.Jahan S,Mansoor FjNaz SjLei J,Kanwal S..Analyticalchemistoy，2013，85(21):10232-10239.),使CDs的量子產(chǎn)率大大提高，光學(xué)特性顯著增強(qiáng)，應(yīng)用更為廣泛。
[0003]據(jù)統(tǒng)計，我國每生產(chǎn)It染料就會排放廢水744t，而在印染過程中，染料廢水流失率約為10%?20%，其中約50%進(jìn)入環(huán)境。染料(顏色)是廢水中最早被確認(rèn)的一類污染物，SP使水體中存在少量染料(對一些染料而言，濃度低于lmg/L)也會出現(xiàn)顏色的變化，排入水體中，會影響水生物的光合作用，給人感官上也帶來不悅，而且大多的有機(jī)染料都屬于難降解“致畸、致癌、致突變”的三致物質(zhì)(C Gregor1 ,B1resource Technology , 2006 ,97(9):1061-1085)。人工合成的染料RhB廣泛用于印染行業(yè)，其形成的廢水有機(jī)物含量高，色度高，水質(zhì)變化大，毒性大，成為最難檢測與處理的染料廢水之一。使用半導(dǎo)體催化劑(如:氧化鋅和二氧化鈦)光催化降解廢水中的有機(jī)染料已有發(fā)展(Lam S M1Sin J C1Abdullah AZ,Mohamed AR.Desalinat1n and Water Treatment，2012，41(l-3): 131-169)，但現(xiàn)有技術(shù)中常見的光催化劑很多需要通過紫外線或近紫外輻照，嚴(yán)格限制了其大規(guī)模的實際應(yīng)用，因為太陽光里大約有只有5%的紫外線，其它是43%可見光和52%紅外線。因此，發(fā)展可以直接應(yīng)用太陽光的新型高效光催化劑是非常有必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種新型熒光摻雜碳納米N，B，S_⑶s光催化劑及其制備方法與應(yīng)用，該熒光摻雜碳納米N，B，S-CDs光催化劑能有效降解有機(jī)染料，并且具有簡便、便宜、環(huán)保、快速的特點。該方法通過檸檬酸、硼酸、硫脲、乙二胺作為前聚體，檸檬酸提供碳源、乙二胺提供氮源、硼酸提供硼源、硫脲提供硫源，制備得N B S-CDs。本發(fā)明不僅制備工藝簡單，而且制備的熒光摻雜碳納米材料具有很強(qiáng)的熒光，優(yōu)秀的穩(wěn)定性，良好的水溶性。在可見光照射下展現(xiàn)優(yōu)秀的光催化降解RhB能力，因此在環(huán)境修復(fù)、污水處理及分離科學(xué)等領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用前景。
[0005]實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是:
[0006]—種熒光摻雜碳納米N，B，S-⑶s光催化劑的制備方法，包括如下步驟:
[0007](I)稱取2.1g朽1檬酸、1.4g硫脲、1.4g硼酸、5mL乙二胺溶解在5mL水中，然后轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜里，以每分鐘10°C的速率加熱至220°C，并保持3h，得到的紅棕色溶液；
[0008](2)用Imol L—1NaOH溶液調(diào)節(jié)pH至7.0，然后離心8000rpm，20min，將所得水溶解進(jìn)行，透析，分離未反應(yīng)的物質(zhì)得到棕色的N，B，S-CDs水溶液；
[0009](3)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去水，然后溶解在去離子水中于4°C避光保存。
[0010]用上述熒光摻雜碳納米N，B，S-CDs光催化劑在自然光催化下降解RhB，其應(yīng)用步驟如下:
[0011 ] (I)將30mg濃度為 10.0mg/mL的RhB、2700yU^度為0.lmg/mL的N，B，S-CDs和300yL濃度為3% H2O2溶液置于容器中；
[0012](2)在黑暗條件下持續(xù)攪拌2h，使RhB和催化劑達(dá)到吸附-解析平衡；
[0013](3)然后在300W氙燈模擬的自然光下持續(xù)照射并攪拌反應(yīng)進(jìn)行光催化降解實驗，直到溶液無色。
[0014]步驟(3)中所述的自然光持續(xù)照射，光源距液面的髙度約為20cm。
[0015]步驟(3)中所述的自然光持續(xù)照射時間為90min。
[0016]步驟(3)中所述自然光光降解過程中反應(yīng)液的溫度維持在25°C左右。
[0017]本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0018]1.該熒光摻雜碳納米N，B，S_CDs光催化劑的制備方法是一種低成本的制備方法。該方法具有合成原料成本低廉的優(yōu)點。
[0019]2.該熒光摻雜碳納米N，B，S_CDs光催化劑采用水熱合成方法。該方法具有設(shè)備儀器簡單、制備時間短、成本低等優(yōu)點。
[0020]3.該熒光摻雜碳納米N，B，S_CDs光催化劑制備方法簡單、快速、無毒。具有環(huán)境友好的優(yōu)點。
[0021]4.該熒光摻雜碳納米N，B，S_⑶s光催化劑在光催化降解RhB時，可以直接使用太陽光。具有適用范圍廣泛，使用方便的優(yōu)點。
[0022]5.該熒光摻雜碳納米N，B，S-CDs光催化劑在光催化降解RhB時快速、效率高。其降解率高達(dá)98.5%。
[0023]因此，本發(fā)明方法制備所得該熒光摻雜碳納米N，B，S-⑶s可以作為光催化降解RhB的催化劑。由于其該制備方法具有簡單、低成本、快速、效率高等特征，具有很好的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0024]圖1.N，B，S-⑶s的透射電鏡圖及粒徑分布圖；
[0025]圖2.N，B，S_CDs的X射線光電子能譜圖；
[0026]圖3.N，B，S_⑶s的熒光譜圖和紫外吸收光譜圖；
[0027]圖4.N,B,S-CDs催化降解RhB的UV-Vis三維圖；
[0028]圖5.N，B，S-⑶s在不同條件、不同時間催化降解RhB情況。
【具體實施方式】
[0029]實施例1
[0030]熒光摻雜碳納米材料N，B，S-⑶s的制備方法，具體步驟是:
[0031 ] 稱取2.1g朽1檬酸、1.4g硫脲、1.4g硼酸、5mL乙二胺溶解在5mL水中，然后轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜里，以每分鐘10°C的速率加熱至220°C，并保持3h，得到的紅棕色溶液；用Imol IZ1NaOH溶液調(diào)節(jié)pH至7.0，然后離心8000rpm，20min，將所得水溶解進(jìn)行，透析，分離未反應(yīng)的物質(zhì)得到棕色的N，B，S-CDs水溶液;旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去水，然后溶解在去離子水中于4 °C避光保存。
[0032]實施例2
[0033]利用熒光摻雜碳納米材料N，B，S_⑶s光催化降解RhB的實驗，具體步驟是:
[0034]向2700yLN，B, S_CDs(0.lmg/mL)和300yL H202(3% )的溶液中加入30mg的RhB(即濃度為10.0mg/mL)，所得混合溶液置于小燒杯里，先在黑暗條件下持續(xù)攪拌2h以使RhB和催化劑達(dá)到吸附-解析平衡，然后再在300W氙燈模擬的自然光下持續(xù)照射并攪拌反應(yīng)進(jìn)行光催化降解實驗，光源距液面的髙度約為20cm，光降解過程中反應(yīng)液的溫度維持在25°C左右，持續(xù)光照90min，得到無色溶液。
[0035]分別取0、10、20、30、40、50、60、70、80和90111丨11的溶液10(^1^測其群-￥丨8光譜，記錄RhB的最大吸收波長554nm對應(yīng)的吸光度(見圖4、圖5)。實驗結(jié)果表明，本發(fā)明熒光摻雜碳納米材料N，B，S-⑶s光催化劑能有效降解RhB，90min時降解率達(dá)到98.5%。
【主權(quán)項】
1.一種熒光摻雜碳納米N，B，S-CDs光催化劑的制備方法，其特征是:包括如下步驟: (1)稱取2.1g梓檬酸、1.4g硫脲、1.4g硼酸、5mL乙二胺溶解在5mL水中，然后轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜里，以每分鐘10°C的速率加熱至220°C，并保持3h，得到的紅棕色溶液； (2)用ImolIZ1NaOH溶液調(diào)節(jié)pH至7.0，然后離心8000rpm，20min，將所得水溶解進(jìn)行，透析，分離未反應(yīng)的物質(zhì)得到棕色的N，B，S-CDs水溶液； (3)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去水，得到熒光摻雜碳納米N，B，S-CDs光催化劑，然后溶解在去離子水中于4 °C避光保存。2.用權(quán)利要求1所述的制備方法制備的熒光摻雜碳納米N，B，S-CDs光催化劑。3.權(quán)利要求2所述的熒光摻雜碳納米N，B，S-CDs光催化劑在光催化降解RhB中的應(yīng)用，其特征是:應(yīng)用方法包括如下步驟: (1)將30mg濃度為10.0mg/mL的RhB、2700yU^度為0.lmg/mL的N，B，S-CDs和300yU^度為3 ^H2O2溶液置于容器中； (2)在黑暗條件下持續(xù)攪拌2h，使RhB和催化劑達(dá)到吸附-解析平衡； (3)然后在300W氙燈模擬的自然光下持續(xù)照射并攪拌反應(yīng)進(jìn)行光催化降解實驗，直到溶液無色。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的應(yīng)用，其特征是:所述的自然光持續(xù)照射，光源距液面的髙度約為20cm。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的應(yīng)用，其特征是:所述的自然光持續(xù)照射時間為90min。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的應(yīng)用，其特征是:所述自然光光降解過程中反應(yīng)液的溫度維持在25°C左右。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種熒光摻雜碳納米N,B,S-CDs及其制備方法與應(yīng)用，該方法以檸檬酸、硼酸、硫脲、乙二胺作為前聚體；檸檬酸提供碳源，乙二胺提供氮源，硼酸提供硼源，硫脲提供硫源制備得N？B？S-CDs。本發(fā)明不僅制備工藝簡單，而且制備的熒光摻雜碳納米材料具有很強(qiáng)的熒光，優(yōu)秀的穩(wěn)定性，良好的水溶性。在可見光照射下展現(xiàn)優(yōu)秀的光催化降解羅丹明B（簡稱為RhB）能力，其降解率高達(dá)98.5？%，因此在環(huán)境修復(fù)、污水處理及分離科學(xué)等領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用前景。
【IPC分類】B01J27/24, C02F101/38, B82Y30/00, B82Y40/00, C02F1/30
【公開號】CN105664993
【申請?zhí)枴緾N201610102893
【發(fā)明人】薛茗月, 湛志華
【申請人】桂林師范高等?？茖W(xué)校
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年2月25日