一种具有降解抗生素和除菌功效的磷酸银复合材料及其制备方法和应用

本发明属于半导体材料领域，特别涉及一种具有降解抗生素和除菌功效的磷酸银复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、目前，对环境污染的关注引起了全世界对光催化降解的研究兴趣，光催化降解通常被认为是最理想的高级氧化过程之一。光催化降解技术以其反应条件温和，可以直接利用太阳能将有机污染物降解为无毒的二氧化碳和水，是一种无二次污染的绿色污水处理方法。

2、磷酸银是一种新型的半导体光催化材料，它具有较强的光催化氧化能力。近年来磷酸银由于其良好的可见光响应能力，独特的能带位置使其价带中的光生空穴具备强氧化能力，可以直接氧化和降解污染物而得到了广泛的关注。但由于磷酸银具有缓慢表面反应动力学，较快的电子捕获，光生载流子复合严重。此外，磷酸银中的银离子容易被光催化产生的光生电子还原成单质银，光稳定性较差，上述原因导致是磷酸银单体的光催化效率还有待进一步提高。在此基础上，开发其他物质与磷酸银的复合光催化剂，进一步拓展磷酸银的吸收光范围，降低能带宽度，提高光催化活性，减少磷酸银光腐蚀，改善其稳定性对科研工作者来说意义重大。

3、现有技术通过添加改性剂对磷酸银进行结构性能改性，实现了光生载流子的分离。然而，改性的磷酸银催化剂仍然存在光生电子-空穴对分离效率低、抗光腐蚀性弱、光催化活性弱的缺点，导致改性的磷酸银催化剂不能够满足高效降解去除有机污染物和抗菌的要求，从而极大的限制了现有磷酸银复合光催化剂的推广和应用。

技术实现思路

1、为了克服磷酸银的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种成本低廉、处理降解抗生素效率高、除菌效果佳的氮硫掺杂石墨烯改性的ag3po4复合材料及其制备方法，本发明制备的ag3po4复合氮硫掺杂石墨烯光催化材料，拓展了磷酸银的吸收光范围，降低能带宽度，提高光催化活性，减少磷酸银光腐蚀，改善其稳定性，优化了其在水消毒方面或抗菌材料的应用。

2、本发明另一目的在于进一步扩展了ag3po4/氮硫掺杂石墨烯系统在水处理应用中的潜力，通过高效降解阿莫西林来评估其降解抗生素性能。

3、为实现上述目的，本发明采用下述方案实现：

4、一种具有降解抗生素和除菌功效的磷酸银复合材料的制备方法，包括以下步骤：

5、(1)将氮源和硫源溶于有机溶剂中，分散均匀，得到分散溶液；将所述分散溶液加入至氧化石墨烯水悬浮液中，搅拌得到均一的悬浮液，经干燥处理，得到棕色粉末，在保护气氛下对所述棕色粉末进行高温退火，得到氮硫掺杂石墨烯(nsg)；

6、(2)将氮硫掺杂石墨烯加入至水中，分散均匀，得到氮硫掺杂石墨烯悬浮液，在上述悬浮液中加入银离子溶液，混合均匀，得到ag+/nsg悬浮液；

7、(3)将含有磷酸氢根的溶液加入所述ag+/nsg悬浮液中，搅拌反应，收集沉淀物，得到所述ag3po4-nsg复合材料。

8、优选地，所述高温退火的温度为600-800℃，退火的时间为1-2h。

9、优选地，所述退火过程中的升温速率为5℃/min；所述退火过程中保护气体的气流流速为100～200ml/min。

10、优选地，所述氮源选自尿素，所述硫源选自苄基二硫，所述有机溶剂选自无水乙醇。

11、优选地，步骤(1)所述氧化石墨烯悬浮液的浓度为4.0-6.0mg/ml；所述尿素加入量为0.004～0.04g/ml；所述苄基二硫加入量为0.002～0.05g/ml。

12、优选地，步骤(2)所述氮硫掺杂石墨烯悬浮液中，氮硫掺杂石墨烯的加入量为0.01～0.05mg/ml；所述银离子溶液的浓度为7.0～11.0mmol/l，更优选浓度为9mmol/l；氮硫掺杂石墨烯悬浮液与银离子溶液混合的时间为10h～12h；加入银离子溶液的步骤需要在避光的条件下进行。

13、优选地，步骤(3)反应体系中hpo42-与ag+的摩尔比为1:2～4，更优选的摩尔比为1:3；所述搅拌反应在避光的条件下进行，搅拌反应的时间为2h～6h。

14、优选地，步骤(1)所述搅拌前还经过60-100min的超声处理，搅拌时间为20-40min；所述保护气体选自氩气、氦气或氮气中的至少一种；所述尿素加入量为0.01875±0.00875g/ml；步骤(2)所述分散采用超声处理，所述超声处理的时间为30～120min，更优选60min。

15、在所述收集沉淀物的步骤之后，还可以包括沉淀物的纯化步骤和干燥步骤，所述纯化步骤包括将所述沉淀物用去离子水洗涤，过滤处理或离心处理；所述干燥的温度为50℃～70℃，优选地，干燥的温度为55℃。

16、所述磷酸银复合材料在光催化降解抗生素中应用。

17、所述磷酸银复合材料在光催化除菌中应用。

18、相对于现有技术，本发明具有如下的优点及有益效果：

19、(1)本发明提供的ag3po4-nsg复合材料中，氮硫掺杂石墨烯和磷酸银形成异质结结构，拓展磷酸银的吸收光范围，降低了能带宽度，解决磷酸银容易发生光腐蚀现象降低了其活性的问题，并且改善其稳定性，延长其使用寿命。

20、(2)本发明采用的工艺方法简单实用，且成本低廉，对设备处理条件要求较低，重复使用循环利用性高，节约资源，在水处理领域的应用潜力巨大，前景广阔。

21、(3)本发明制备的氮硫掺杂石墨烯/磷酸银光催化剂具有较强的光催化除菌效果，适合作为抗菌材料。

22、(4)本发明制备的氮硫掺杂石墨烯/磷酸银光催化剂可以高效去除水体中的抗生素，特别是去除水体中的阿莫西林。

技术特征：

1.一种具有降解抗生素和除菌功效的磷酸银复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高温退火的温度为600-800℃，退火的时间为1-2h。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述退火过程中的升温速率为5℃/min；所述退火过程中保护气体的气流流速为100～200ml/min。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述氮源选自尿素，所述硫源选自苄基二硫，所述有机溶剂选自无水乙醇。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述氧化石墨烯悬浮液的浓度为4.0-6.0mg/ml；所述尿素加入量为0.004～0.04g/ml；所述苄基二硫加入量为0.002～0.05g/ml。

6.根据权利要求1～5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述氮硫掺杂石墨烯悬浮液中，氮硫掺杂石墨烯的加入量为0.01～0.05mg/ml；所述银离子溶液的浓度为7.0～11.0mmol/l；氮硫掺杂石墨烯悬浮液与银离子溶液混合的时间为10h～12h；加入银离子溶液的步骤需要在避光的条件下进行。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)反应体系中hpo42-与ag+的摩尔比为1:2～4；所述搅拌反应在避光的条件下进行，搅拌反应的时间为2h～6h。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)搅拌前还经过60-100min的超声处理，搅拌时间为20-40min；所述保护气体选自氩气、氦气或氮气中的至少一种；所述尿素加入量为0.01875±0.00875g/ml；步骤(2)所述分散采用超声处理，所述超声处理的时间为30～120min。

9.权利要求1～8任意一项所述方法制得的磷酸银复合材料。

10.权利要求9所述磷酸银复合材料在光催化降解抗生素及光催化除菌中应用。

技术总结
本发明公开了一种具有降解抗生素和除菌功效的磷酸银复合材料及其制备方法和应用。包括以下步骤：将氮源和硫源溶于有机溶剂中，将所得分散溶液加入至氧化石墨烯悬浮液中，搅拌得到均一悬浮液，再通过高温退火，得到NSG；将NSG加入至水中，得到NSG悬浮液，在上述悬浮液中加入银离子溶液，混合均匀，得到Ag<supgt;+</supgt;/NSG悬浮液；将含有磷酸氢根的溶液加入Ag<supgt;+</supgt;/NSG悬浮液中，搅拌反应，收集沉淀物，得到所述复合材料。本发明通过简单的工艺制备得到具有降解抗生素和除菌效果的Ag<subgt;3</subgt;PO<subgt;4</subgt;/NSG复合光催化剂。本发明提供的Ag<subgt;3</subgt;PO<subgt;4</subgt;/NSG复合光催化剂成本低廉、可重复使用。

技术研发人员：程建华,蓝秀权,韩帅鹏,华涛,周心慧
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14