一种碳氮材料的制备方法及去除水体中抗生素的方法与流程

本公开涉及水处理和材料领域，具体涉及一种碳氮材料的制备方法及去除水体中抗生素的方法。

背景技术：

1、随着社会经济发展，全球抗生素使用量逐年增长。大部分抗生素不能完全被机体吸收，高达85％以上抗生素以母体结构或代谢产物形态被排出体外，直接或间接进入水环境，在生物群中积累并长期保持生物活性。抗生素在环境中长期暴露会诱发生物体产生抗生素耐药基因和导致各类抗生素耐药菌的传播，威胁人体健康。

2、常规的污水处理工艺很难高效去除抗生素。高级氧化技术是去除难降解的大分子有机物的常用方法之一。氧化剂主要有过氧化氢、高锰酸钾、过硫酸盐、过氧乙酸等。基于过硫酸盐的高级氧化技术可以产生硫酸根自由基，可以在较宽的ph范围内将难降解有机物分解为易降解的小分子物质。

3、现有技术中常用均相过渡金属、非均相过渡金属、碳材料及其复合材料活化过硫酸盐。过渡金属中co2+的活化效率最高，由于其具有毒性，在实际应用中受到限制。虽然过渡金属材料对过硫酸盐具有高催化活性，但在水体或多或少存在金属浸出，可能会引起二次污染。与过渡金属催化剂相比，碳材料对环境友好，但现有碳材料对过硫酸盐的催化活性较低，去除难降解的大分子有机物所需时间较长。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、有鉴于此，本公开提供了一种碳氮材料的制备方法及去除水体中抗生素的方法，用于至少部分解决现有碳材料对过硫酸盐的催化活性较低的技术问题。

3、(二)技术方案

4、为了实现上述目的，本公开的第一个方面，提供了一种碳氮材料的制备方法，包括：s11，将前驱体与氯化铵混合，进行热缩和反应，得到类石墨相氮化碳；其中，前驱体为富氮材料；s12，将类石墨相氮化碳与聚乙二醇混合、研磨，得到类石墨相氮化碳与聚乙二醇的混合物，对混合物进行煅烧，冷却至室温，得到碳氮材料。

5、根据本公开的实施例，s11中的前驱体是双氰胺、三聚氰胺、尿素中的一种或多种。

6、根据本公开的实施例，s11中的前驱体与氯化铵的摩尔比为0.84～2.2：1。

7、根据本公开的实施例，s11中的热缩和反应的升温速率为2～8℃/min；反应温度为500～600℃，反应时间为150～250min。

8、根据本公开的实施例，s12中的类石墨相氮化碳与聚乙二醇质量比为1∶0.25～2。

9、根据本公开的实施例，s12中的煅烧温度为600～800℃，煅烧时间为2～5h，煅烧在惰性气体保护下进行；其中，煅烧的升温速率为2～8℃/min；惰性气体为氩气或氮气。

10、本公开的第二个方面，提供了一种根据前述的碳氮材料制备方法得到的碳氮材料，其与过硫酸盐构成反应体系，用于去除水体中的抗生素。

11、本公开的第三个方面，提供了一种利用碳氮材料去除水体中抗生素的方法，包括：s21，向含有抗生素的水体中加入碳氮材料与过硫酸盐，其中，碳氮材料根据前述的碳氮材料制备方法制备得到；s22，在室温条件下，将含有碳氮材料、过硫酸盐、抗生素的水体进行混合，其中，水体初始ph控制在3～9；搅拌速度为200～400rpm。

12、根据本公开的实施例，s22中的碳氮材料、过硫酸盐、抗生素的质量比为{2.5～15}∶{3～9.5}∶1；其中，过硫酸盐为khso5·0.5khso4·0.5k2so4、khso4中的一种或多种。

13、根据本公开的实施例，还包括：对碳氮材料进行回收处理，包括：s31，用去离子水和乙醇洗涤碳氮材料；s32，将过滤后的碳氮材料烘干，得到可重复使用的碳氮材料；其中，烘干温度为50～80℃。

14、(三)有益效果

15、本公开克服现有技术中的不足，提供一种碳氮材料的制备方法及去除水体中抗生素的方法，一方面以聚乙二醇作为碳源，以类石墨相氮化碳作为氮源，通过简单煅烧法合成目标碳氮材料。类石墨相氮化碳含有丰富的n物种，结构中的三-s-三嗪环可以提供更多的配位点，使其更易与聚乙二醇进行特殊形式的络合和团聚，有助于形成缺陷、羰基等活性位点；另一方面利用碳氮材料为催化剂，与过硫酸盐构成反应体系，可在较宽ph值范围内催化过硫酸盐产生硫酸根自由基(so4·-)、羟基自由基(·oh)以及单线态氧(1o2)，降解水中抗生素。本公开的碳氮材料对水中抗生素去除效果好、反应速率快，还具有良好稳定性，是一种高效的不含金属的固体催化剂。

技术特征：

1.一种碳氮材料的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的碳氮材料的制备方法，其特征在于，所述s11中的前驱体是双氰胺、三聚氰胺、尿素中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的碳氮材料的制备方法，其特征在于，所述s11中的前驱体与氯化铵的摩尔比为0.84～2.2∶1。

4.根据权利要求1所述的碳氮材料的制备方法，其特征在于，所述s11中的热缩和反应的升温速率为2～8℃/min；反应温度为500～600℃，反应时间为150～250min。

5.根据权利要求1所述的碳氮材料的制备方法，其特征在于，所述s12中的类石墨相氮化碳与聚乙二醇质量比为1∶0.25～2。

6.根据权利要求1所述的碳氮材料的制备方法，其特征在于，所述s12中的煅烧温度为600～800℃，煅烧时间为2～5h，煅烧在惰性气体保护下进行；其中，所述煅烧的升温速率为2～8℃/min；所述惰性气体为氩气或氮气。

7.一种利用权利要求1～6中任意一项所述的碳氮材料制备方法得到的碳氮材料，其与过硫酸盐构成反应体系，用于去除水体中的抗生素。

8.一种利用碳氮材料去除水体中抗生素的方法，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的利用碳氮材料去除水体中抗生素的方法，所述s22中的碳氮材料、过硫酸盐、抗生素的质量比为{2.5～15}∶{3～9.5}∶1；

10.根据权利要求8所述的利用碳氮材料去除水体中抗生素的方法，还包括：

技术总结
本公开提供了一种碳氮材料的制备方法及去除水体中抗生素的方法。本公开一方面提供了碳氮材料的制备方法，包括：将前驱体与氯化铵混合后进行热缩和反应，得到类石墨相氮化碳；将类石墨相氮化碳与聚乙二醇混合、研磨，得到类石墨相氮化碳与聚乙二醇的混合物，对混合物进行煅烧，冷却至室温，得到碳氮材料。本公开另一方面提供了一种利用碳氮材料去除水体中抗生素的方法，包括：向含有抗生素的水体中加入碳氮材料与过硫酸盐，碳氮材料根据前述的制备方法制备得到；在室温条件下，将含有碳氮材料、过硫酸盐、抗生素的水体进行混合、搅拌。本公开制备的碳氮材料对过硫酸盐催化活性高，对水中抗生素去除效果好、反应速率快，还具有良好的稳定性。

技术研发人员：郭艳菲,郭壮,王辉锋,黄意涵,徐东耀,魏健
受保护的技术使用者：中国环境科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16