一种多孔亲水N-CQDs/Bi2WO6@PVDF-HFP光催化膜及其制备方法与应用

本发明属于新型光催化材料开发，具体涉及一种多孔亲水n-cqds/bi2wo6@pvdf-hfp光催化膜及其制备方法与应用。

背景技术：

1、抗生素作为一类典型的新污染物在世界范围广受关注，其对水环境造成了严重的威胁。在各种水处理技术中，光催化技术是一种廉价且环保的技术，已被广泛用于污水处理。但是，基于光催化的水处理技术仍然存在许多问题。一个关键问题是光生载流子容易复合，导致光催化效率低。人们往往采用构建异质结、引入缺陷、负载贵金属等方式抑制光生电子和空穴的复合，提高粉体材料的光催化活性。另一个问题是具有高催化活性的粉体催化剂在使用过程中回收困难，开发的负载型催化剂往往催化活性不高。因此，催化剂的实际应用依旧面临巨大挑战。目前，膜负载型压电光催化剂能为这些问题的解决提供答案。与光催化剂相比，压电光催化剂在机械应力和光照的共同作用下产生的光生载流子和极化电场可以进一步提高材料中电子和空穴的分离效率，进而提高污染物的降解效率。压电光催化技术被认为是一种高效处理污水的新方法。但是，目前压电光催化技术通常使用超声波振动提供机械力，造成了额外的能量消耗，同时来了噪音污染。因此，开发一种高效的负载型光催化膜用于绿色安全、低能耗处理抗生素废水依然存在巨大挑战。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种多孔亲水n-cqds/bi2wo6@pvdf-hfp光催化膜及其制备方法与应用，用以解决目前粉体催化剂回收困难、负载型催化剂活性差、膜压电光催化高耗能的技术问题。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、本发明公开了一种多孔亲水n-cqds/bi2wo6@pvdf-hfp光催化膜的制备方法，包括以下步骤：

4、s1：将玉米秸秆粉末、尿素和水混合后进行水热反应，反应结束后得到反应液；随后将反应液依次进行过滤、干燥后，得到n-cqds粉末；

5、s2：将ctab加入到bi(no3)3·5h2o水溶液中，得到混合溶液b；将n-cqds加入到na2wo4·2h2o水溶液中，得到混合溶液a；将混合溶液b和混合溶液a混合后进行水热反应，反应结束后得到反应产物；将反应产物依次进行洗涤、干燥后得到n-cqds/bi2wo6粉末；

6、s3：将pvdf-hfp颗粒和n-甲基吡咯烷酮混合后，加入氨水，水浴搅拌后得到混合液体；

7、s4：将n-cqds/bi2wo6粉末加入混合液体中在器皿中搅拌，随后加入水静置，得到多孔亲水n-cqds/bi2wo6@pvdf-hfp光催化膜。

8、进一步地，s1中，所述玉米秸秆粉末、尿素和水的用量比为(0.3～0.5)g：(0.1～0.15)g：(60～80)ml。

9、进一步地，s1中，所述水热反应的温度为200℃，时间为10h；所述过滤是采用50nm的滤膜过滤3次；所述干燥的温度为80℃，时间为12h。

10、进一步地，s2中，所述bi(no3)3·5h2o水溶液和na2wo4·2h2o水溶液是分别将bi(no3)3·5h2o、na2wo4·2h2o和水混合后得到；所述bi(no3)3·5h2o、ctab、na2wo4·2h2o、n-cqds和水的用量比为(0.97～1.455)g：(50～60)mg：(0.33～0.495)g：(21～31)mg：(60)ml。

11、进一步地，s2中，所述水热反应的温度为100～120℃，时间为24h；所述洗涤是采用纯净水和乙醇洗涤3次；所述干燥的温度为80℃，时间为12h。

12、进一步地，s3中，所述pvdf-hfp颗粒、n-甲基吡咯烷酮和氨水的用量比为(0.4～0.8)g：(8～16)ml：(100～300)μl；水浴搅拌的温度为60～80℃，时间为4～6h。

13、进一步地，s4中，所述n-cqds/bi2wo6粉末和水的用量比为(10～30)mg：(5～10)ml；搅拌的时间为1～2h。

14、进一步地，s4中，静置的时间为30min；静置之后将膜采用纯净水清洗3-5次，得到多孔亲水n-cqds/bi2wo6@pvdf-hfp光催化膜。

15、本发明还公开了采用上述制备方法制备得到的多孔亲水n-n-cqds/bi2wo6@pvdf-hfp光催化膜。

16、本发明还公开了上述多孔亲水n-cqds/bi2wo6@pvdf-hfp光催化膜的应用，所述的多孔亲水n-cqds/bi2wo6@pvdf-hfp光催化膜采用水流压电光催化反应去除水环境中的抗生素污染物过程中的催化材料。

17、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

18、本发明公开了一种多孔亲水n-cqds/bi2wo6@pvdf-hfp光催化膜的制备方法，将n-cqds/bi2wo6粉末加入到pvdf-hfp凝胶体系中，一步交联得到了n-cqds/bi2wo6@pvdf-hfp光催化膜；该方法工艺简单、低成本、环境友好、效率高，对制备负载型光催化剂具有广阔的应用前景。

19、本发明还公开了采用上述制备方法制备得到的多孔亲水n-cqds/bi2wo6@pvdf-hfp光催化膜，该光催化膜具有优异的压电性能，在弱水流驱动下就可以实现污染物的高效去除；避免了目前负载压电型光催化剂需要通过超声实现压电性能的弊端；n-cqds/bi2wo6@pvdf-hfp光催化膜可以将水流动能转化为电势能，从而促进光生载流子的分离与转移，进而提高n-cqds/bi2wo6的光催化性能；这一结果可以为推进太阳能和水能这两种清洁能源在水污染处理中的实际应用提供新思路。

20、本发明还公开了上述n-cqds/bi2wo6@pvdf-hfp光催化膜作为高效光催化剂的应用，根据相关实验结果证明，制备得到的膜具有高的亲水性和多孔性，在20mg催化剂的负载量下，在水流驱动下90min内就可以去除85.6％浓度为20mg/l的土霉素污染物；循环使用5次后膜的催化性能几乎没有下降，具有很好的可回收性。

技术特征：

1.一种多孔亲水n-cqds/bi2wo6@pvdf-hfp光催化膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种多孔亲水n-cqds/bi2wo6@pvdf-hfp光催化膜的制备方法，其特征在于，s1中，所述玉米秸秆粉末、尿素和水的用量比为(0.3～0.5)g：(0.1～0.15)g：(60～80)ml。

3.根据权利要求1所述的一种多孔亲水n-cqds/bi2wo6@pvdf-hfp光催化膜的制备方法，其特征在于，s1中，所述水热反应的温度为200℃，时间为10h；所述过滤是采用50nm的滤膜过滤3次；所述干燥的温度为80℃，时间为12h。

4.根据权利要求1所述的一种多孔亲水n-cqds/bi2wo6@pvdf-hfp光催化膜的制备方法，其特征在于，s2中，所述bi(no3)3·5h2o水溶液和na2wo4·2h2o水溶液是分别将bi(no3)3·5h2o、na2wo4·2h2o和水混合后得到；所述bi(no3)3·5h2o、ctab、na2wo4·2h2o、n-cqds和水的用量比为(0.97～1.455)g：(50～60)mg：(0.33～0.495)g：(21～31)mg：(60)ml。

5.根据权利要求1所述的一种多孔亲水n-cqds/bi2wo6@pvdf-hfp光催化膜的制备方法，其特征在于，s2中，所述水热反应的温度为100～120℃，时间为24h；所述洗涤是采用纯净水和乙醇洗涤3次；所述干燥的温度为80℃，时间为12h。

6.根据权利要求1所述的一种多孔亲水n-cqds/bi2wo6@pvdf-hfp光催化膜的制备方法，其特征在于，s3中，所述pvdf-hfp颗粒、n-甲基吡咯烷酮和氨水的用量比为(0.4～0.8)g：(8～16)ml：(100～300)μl；水浴搅拌的温度为60～80℃，时间为4～6h。

7.根据权利要求1所述的一种多孔亲水n-cqds/bi2wo6@pvdf-hfp光催化膜的制备方法，其特征在于，s4中，所述n-cqds/bi2wo6粉末和水的用量比为(10～30)mg：(5～10)ml；搅拌的时间为1～2h。

8.根据权利要求1所述的一种多孔亲水n-cqds/bi2wo6@pvdf-hfp光催化膜的制备方法，其特征在于，s4中，静置的时间为30min；静置之后将膜采用纯净水清洗3-5次，得到多孔亲水n-cqds/bi2wo6@pvdf-hfp光催化膜。

9.一种多孔亲n-cqds/bi2wo6@pvdf-hfp光催化膜，其特征在于，采用权利要求1～8中任意一项所述的制备方法制备得到。

10.权利要求9所述的多孔亲水n-cqds/bi2wo6@pvdf-hfp光催化膜的应用，其特征在于，所述的多孔亲水n-cqds/bi2wo6@pvdf-hfp光催化膜采用水流压电光催化反应去除水环境中的抗生素污染物过程中的催化材料。

技术总结
本发明公开了一种多孔亲水N‑CQDs/Bi<subgt;2</subgt;WO<subgt;6</subgt;@PVDF‑HFP光催化膜及其制备方法与应用，属于新型光催化材料开发技术领域。本发明公开的方法，将N‑CQDs/Bi<subgt;2</subgt;WO<subgt;6</subgt;粉末加入到PVDF‑HFP凝胶体系中，一步交联得到了N‑CQDs/Bi<subgt;2</subgt;WO<subgt;6</subgt;@PVDF‑HFP光催化膜；该方法工艺简单、低成本、环境友好、效率高,对制备负载型光催化剂具有广阔的应用前景。上述N‑CQDs/Bi<subgt;2</subgt;WO<subgt;6</subgt;@PVDF‑HFP光催化膜作为高效光催化剂的应用，根据相关实验结果证明，制备得到的膜具有高的亲水性和多孔性，在20mg催化剂的负载量下，在水流驱动下90min内就可以去除85.6％浓度为20mg/L的土霉素污染物；循环使用5次后膜的催化性能几乎没有下降，具有很好的可回收性。

技术研发人员：王传义,任海涛,王朔琛
受保护的技术使用者：陕西科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21