一种能够选择性调控制备得到不同形貌的BiOBr的方法及应用

本发明属于环境功能材料和水污染控制，一种能够选择性调控制备得到不同形貌biobr的方法及其吸附与光催化降解水中卡马西平和诺氟沙星的方法及应用。

背景技术：

1、在众多种类的药物及个人护理品中，卡马西平和诺氟沙星是最常被检出的药品和抗生素代表之一。其中卡马西平是用于治疗精神类疾病的药物，在水环境中分布范围广，半衰期高达3个月，会对水生生物造成氧化损伤和行为改变。而诺氟沙星是治疗肠炎的常用药，在水环境中的最高检测浓度能达到403ng/l，难被降解而且亲水性好，会严重影响水生生物的神经系统发育。因此考虑到药物及个人护理品污染的复杂性及危害性，发展具有针对性的处理技术迫在眉睫。

2、高级氧化技术中的光催化氧化技术可以有效地降解水中的有机物，且具有经济性，再生性和稳定性，是极具应用前景的药物及个人护理品废水处理技术之一。光催化氧化技术的原理是利用光催化剂在光激发下产生光生电子空穴对，随后生成一系列氧化性的自由基来降解污染物。到目前为止，基于可见光的高级氧化过程已被广泛用于合成不同高性能的催化剂来产生强氧化性自由基以期增强难降解化合物的降解。

3、其中，biobr的间接跃迁带隙介于2.61-2.90ev之间，能吸收可见光，并且具有形貌可调性，可以根据应用方式和场景来选择合成不同形貌的biobr，将其降解优势最大化。然而传统合成方法难以通过简单调控一次合成出不同形貌的biobr，并对药物类和抗生素类污染物都具有广谱性的降解效果。为此，研发一种简便易行的合成方法来选择性调控biobr的形貌，并对卡马西平和诺氟沙星均有很好的降解效果就具有十分重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服现有合成技术中的不足，提出一种简便易行、选择性调控biobr光催化剂形貌的合成方法，本发明并将得到的多种biobr光催化剂用于光催化降解水中卡马西平和诺氟沙星及类似物。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、本发明第一方面提供一种能够选择性调控制备得到不同形貌的biobr的方法，包括如下步骤：

4、(1)将五水硝酸铋加入到乙二醇或水溶液中，超声均匀，得到澄清溶液a；

5、(2)将溴化钾加入到乙二醇或水溶液中，超声均匀后得到澄清溶液b；

6、(3)将步骤(2)得到的溶液b逐滴加入到所述溶液a中，并快速搅拌得到混合溶液c；

7、(4)将所述混合溶液c转移到水热反应釜中，随后在烘箱中反应，得到粗制biobr悬浊液；

8、(5)将步骤(4)得到的粗制biobr悬浊液进行离心，然后弃去上清液，将沉淀物依次用乙醇和水洗涤并离心，最后获得的固体通过干燥获得纯化后的biobr，通过调节所述混合溶液c中乙二醇和水的比例，以此生成不同表面形貌的biobr。

9、进一步地，步骤(1)中，五水合硝酸铋的摩尔浓度为3-8mmol/l。

10、进一步地，步骤(1)中，超声时间为30-60min。

11、进一步地，步骤(2)中，溴化钾的摩尔浓度为3-8mmol/l。

12、进一步地，步骤(2)中，超声时间为30-60min。

13、进一步地，步骤(3)中，滴加操作在30s内完成，最后混合溶液总体积为70ml，其中乙二醇和水的体积比为70:0-0:70，五水硝酸铋和溴化钾的摩尔质量比为1:1。

14、进一步地，步骤(3)中，搅拌速度为300-600rpm，搅拌时间为1h。

15、进一步地，步骤(4)中，烘箱温度为120-180℃，加热时间为8-12h。

16、进一步地，步骤(5)中，离心转速为6000-8000rpm.。

17、进一步地，步骤(5)中，干燥的条件均为60-80℃干燥24-36h。

18、本发明第二方面提供一种采用如上述的制备方法得到的biobr光催化剂的应用，将其应用于吸附与光催化降解水中卡马西平类污染物和诺氟沙星类污染物；

19、所述马西平类污染物包括卡马西平和其衍生物，所述诺氟沙星类污染物包括诺氟沙星及其衍生物。

20、进一步地，吸附与光催化降解前，基于预先构建的污染物处理效果数据库，选择适宜形貌biobr进行投加。

21、进一步地，所述污染物处理效果数据库的构建过程包括：

22、构建不同形貌biobr的数据集a；

23、构建不同马西平类污染物和诺氟沙星类污染物的数据集b；

24、将所述数据集a中的元素对应数据b中的不同元素，构成一一对应的反应搭配，构成数据集c；

25、自数据集c中补入对应反应的污染物处理效果，得到污染物处理效果数据库。

26、本发明的主要机制为：通过调节乙二醇和水的比例，可以改变生成biobr的表面形貌。这是因为随着乙二醇比例的减少，溶液粘度下降使得颗粒分散生长。其次因为biobr的晶体结构是由[bi2o2]2+和br-相互交错组成的层状结构，(001)晶面由[bi2o2]2+组成，因此晶面末端有高密度的氧原子。随着乙二醇比例的减少，水的比例增加，硝酸铋水解后溶液呈酸性，h+会吸附在(001)晶面的氧原子上，抑制biobr的生长方向，使其呈片状形貌。因此随着水的比例增加，生长方向抑制程度越大，最终导致biobr的形貌由纳米片堆积形成的球逐渐变成薄片结构。根据不同混合溶液中乙二醇的体积将得到的四种形貌biobr分别命名为biobr-70eg、biobr-55eg、biobr-35eg和biobr-0eg。

27、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

28、(1)本发明通过调控乙二醇和水的比例，能简单制备具有不同形貌的biobr。这四种不同形貌的biobr对卡马西平降解效果存在差异性，而对诺氟沙星的降解效果都很好。可以根据污染物的性质差异选择更适合的形貌biobr去进行处理，具有实际应用意义。

29、(2)本发明所制备球形的biobr-70eg对卡马西平的光催化效果较好，光解180min后能达到接近90％的去除率。

30、(3)本发明所制备的四种形貌的biobr对诺氟沙星的光催化效果都较好，光解180min后都能达到90％左右的去除率。

31、(4)因为不同相貌污染物产生的ros种类和浓度不一样，如卡马西平更易被羟基自由基降解，对应得球形biobr-70eg产生羟基自由基且含量最多，因此实现特异性降解，可见，通过本方案的数据库推荐，可以快速地得到特异性降解投加决策，对于现实的此类污染物处理过程具有指导意义。

技术特征：

1.一种能够选择性调控制备得到不同形貌的biobr的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种能够选择性调控制备得到不同形貌的biobr的方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(2)中乙二醇和水的体积比为70:0-0:70，超声时间为30-60min。

3.根据权利要求1所述的一种能够选择性调控制备得到不同形貌的biobr的方法，其特征在于，步骤(3)中，混合溶液中五水硝酸铋与溴化钾的摩尔比例为1:1，其中五水硝酸铋的浓度为3-8mmol/l，溴化钾的浓度为3-8mmol/l。

4.根据权利要求1所述的一种能够选择性调控制备得到不同形貌的biobr的方法，其特征在于，步骤(3)中搅拌速度为300-600rpm，室温下搅拌时间为1小时。

5.根据权利要求1所述的一种能够选择性调控制备得到不同形貌的biobr的方法，其特征在于，步骤(4)中烘箱加热温度为120-180℃，加热时间为8-12h。

6.根据权利要求1所述的一种能够选择性调控制备得到不同形貌的biobr的方法，其特征在于，步骤(5)中，离心转速为6000-8000rpm，干燥的条件为60-80℃，干燥24-36h。

7.根据权利要求1所述的一种能够选择性调控制备得到不同形貌的biobr的方法，其特征在于，随着水的比例增加，生长方向抑制程度越大，导致biobr的形貌由纳米片堆积形成的球逐渐变成薄片结构。

8.一种采用如权利要求1至7中任意一项所述的制备方法得到的biobr光催化剂的应用，其特征在于，将其应用于吸附与光催化降解水中卡马西平类污染物和诺氟沙星类污染物；

9.根据权利要求8所述的一种biobr光催化剂的应用，其特征在于，吸附与光催化降解前，基于预先构建的污染物处理效果数据库，选择适宜形貌biobr进行投加。

10.根据权利要求9所述的一种biobr光催化剂的应用，其特征在于，所述污染物处理效果数据库的构建过程包括：

技术总结
本发明公开了一种能够选择性调控制备得到不同形貌的BiOBr的方法及应用，所述方法包括：首先在室温条件下，将五水硝酸铋加入到乙二醇/水溶液中，超声后得到澄清溶液；再将溴化钾加入乙二醇/水溶液中，超声后得到澄清溶液；随后将溴化钾澄清溶液加入五水硝酸铋溶液中进行磁力搅拌，得到的混合溶液转移到水热反应釜中进行溶剂热反应，最后经过多次水和乙醇超声洗涤后离心并干燥得到纯化的BiOBr材料。与现有技术相比，本发明公开了一种高效催化降解卡马西平和诺氟沙星的方法，本发明对于BiOBr的形貌选择性调控以及卡马西平和诺氟沙星等药物及个人护理品的高效去除具有重要意义。

技术研发人员：吴双玉,姜越,彭建,林思劼
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16