一种La-Fe共掺杂SrTiO3/TiO2复合材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及光催化氧化技术降解抗生素领域，具体涉及一种La-Fe共掺杂SrTiO

背景技术

TiO

四环素是一种广谱抗生素，作为一种抗菌药被用于治疗人体疾病，还用于畜牧和水产养殖业治疗和预防细菌性病害，应用范围极其广泛。四环素进入人体和动物体内后，部分被代谢吸收，大部分仍被排入污水，最终进入污水处理厂。同时，在医药企业生产四环素的过程中，所产生的废水中也含有大量的四环素。污水处理系统作为环境中四环素的一个重要污染点源，已引起广泛关注。大量残留于环境中的四环素会诱导降解微生物逐渐对其产生抵抗性，造成抗药性菌群的富集及抗性基因的演变和传播，破坏环境平衡性，并可致癌、致畸、致突变，对人类健康构成一定的威胁。因此，需要对废水中的四环素进行处理，将其含量降低至国家排放标准以下。

现有技术中，Tieping Cao等制备得到了SrTiO

发明内容

发明目的：本发明旨在提供一种La-Fe共掺杂SrTiO

技术方案：一种La-Fe共掺杂SrTiO

1)将TiO

2)将步骤1)得到的SrTiO

进一步地，步骤1)中，所述硝酸锶溶液的浓度为0.019mol/L；所述TiO

进一步地，步骤1)中，所述加热的温度为160℃，加热的时间为8h。

进一步地，步骤2)中，所述硝酸镧溶液的浓度为0.01mol/L；所述SrTiO

进一步地，步骤2)中，所述硝酸铁溶液的浓度为0.0037mol/L；所述SrTiO

进一步地，步骤2)中，用1.0mol/L的NaOH调节pH至12。

进一步地，步骤2)中，所述加热的温度为150℃，加热的时间为24h。

进一步地，所述搅拌的时间均为30min；所述洗涤均为使用蒸馏水洗涤；所述干燥均为在60℃下干燥12h。

上述方法制备得到的La/Fe/SrTiO

上述La/Fe/SrTiO

有益效果：

1)金属元素La、Fe掺杂进SrTiO

2)本发明的La-Fe共掺杂SrTiO

3)本发明的La-S(T-Fe)/TO复合材料降解四环素的催化性能受共存物质和pH影响较小，共存离子(Cl

4)本发明的La-S(T-Fe)/TO复合材料作为光催化剂具有较好的循环稳定性，在降解四环素应用中，重复使用5次后降解率仍能保持在70％以上，表现出良好的化学稳定性和光催化活性。

附图说明

图1为掺杂前后的材料的XRD图(a)和局部放大XRD图(b)；

图2为掺杂前后的材料的SEM图；

图3为掺杂前后的材料的UV-vis DRS(a)和带隙曲线(b)；

图4为掺杂前后的材料的光致发光光谱图；

图5为实施例1制备的La-S(T-Fe)/TO材料的XPS图；

图6为实施例1和对比例1-2中不同复合材料对四环素的光催化降解效果比较图；

图7为不同初始pH对La-S(T-Fe)/TO光催化降解四环素的影响；

图8为共存离子(Cl

图9为La-S(T-Fe)/TO降解四环素的循环稳定性测试结果。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

以下实验中所用材料包括TiO

实施例1

(1)SrTiO

(2)La/Fe共掺杂SrTiO

对比例1

La掺杂SrTiO

对比例2

La/Cu共掺杂SrTiO

材料表征

对实施例1和对比例1中掺杂前后的材料进行表征，材料的晶体结构采用RigakuUltima IV型X射线衍射仪(XRD，日本理学公司)进行分析，XRD为Cu Kα靶(λ＝0.154nm)，40mA，管压40kV，扫描范围为20°～80°。样品的粒径及形貌则通过ZEISS Gemini 300型扫描电子显微镜(SEM，德国卡尔蔡司公司)进行观察。同时，还分别利用Lamada950型紫外可见漫反射光谱仪(UV-vis DRS，美国PerkinElmer公司)和FLS1000光致发光光谱仪(PL，爱丁堡Techcomp Europe Ltd公司)对材料的紫外-可见吸收光谱和荧光发射光谱进行检测，检测结果见图1-4。

如图1所示，(a)为TiO

如图2所示，(a)、(b)、(c)、(d)分别为TiO

如图3所示，图3为TiO

如图4所示，图4为TiO

进一步用Thermo Scientific K-Alpha型X射线光电子能谱仪(XPS，美国赛默飞公司)对La-S(T-Fe)/TO复合材料进行XPS分析，分析材料的元素组成以及价态，结果见图5。

如图5所示，(a)是La-S(T-Fe)/TO复合材料的全谱图，可以看出材料中有Ti、C、Sr、La和Fe元素。(b)是C1s的谱图，特征峰是284.8eV和288.5eV，两个峰均属于外来碳种，并采用284.8eV对数据进行校正。(c)是Ti的XPS图谱，是由双峰Ti 2p

不同复合材料对四环素的光催化降解效果实验

在四环素溶液浓度为20mg/L，光催化材料投加量为1.6g/L，初始pH＝6(没有做任何处理，pH计测量结果为6)的情况下，探究不同复合材料对四环素的光催化降解效果。分别将0.04g的TiO

上述光催化反应在光化学反应仪(BXU034型，广州星创电子有限公司)中进行。以带滤光片的汞灯作为可见光源，以滤除λ<420nm的紫外短波光获得可见光波长。

光照后，对每个石英管每间隔20min取样离心，取上清液于357nm处测定波长，最后计算四环素的降解率，考察不同光催化材料对四环素的降解能力，得到图6。

如图6所示，图6示出了纯TiO

pH对La-S(T-Fe)/TO光催化降解四环素的影响实验

设置pH值分别为4、6、8、10的梯度，研究pH值对La-S(T-Fe)/TO光催化降解四环素的影响，除设置不同pH之外，其余实验步骤与上述光催化降解实验一致。

如图7所示，图7示出了不同初始pH对La-S(T-Fe)/TO光催化降解四环素的影响。通常，pH值会影响光催化剂表面电荷的种类和有机化合物的存在形式，从而影响光催化剂对目标污染物的吸附能力。从图中可以看出，在不同初始pH(4、6、8、10)的条件下，降解率并不受影响。

共存物质对La-S(T-Fe)/TO光催化降解四环素的影响实验

实际养殖废水中的共存物质也是光催化反应中的重要影响因素。设置共存离子分别为10mM的Cl

如图8所示，图8示出了共存阴离子(Cl

La-S(T-Fe)/TO降解四环素的循环稳定性

光催化材料的重复利用性也是评价光催化剂性能的重要指标。对La-S(T-Fe)/TO进行循环实验，将光催化反应后的材料回收，用去离子水和无水乙醇反复洗涤，再进行光催化反应，得到降解率。实验结果见图9。

如图9所示，图9示出了La-S(T-Fe)/TO降解四环素的循环稳定性测试结果。经过5次循环实验，La-S(T-Fe)/TO复合材料对四环素的降解率虽然有所下降，但降解率仍能保持在70％以上。降解率的下降可能是由于在回收过程中损失了少量的催化剂以及催化剂上的吸附位点减少，不利于光催化反应的进行。结果表明本发明的La-S(T-Fe)/TO复合材料具有较好的循环稳定性。

上述实施例相对于现有技术来说获得了如下有益效果：

1)金属元素La、Fe掺杂进SrTiO

2)本发明的La-Fe共掺杂SrTiO

3)本发明的La-S(T-Fe)/TO复合材料降解四环素的催化性能受共存物质和pH影响较小，共存离子(Cl

4)本发明的La-S(T-Fe)/TO复合材料作为光催化剂具有较好的循环稳定性，在降解四环素应用中，重复使用5次后降解率仍能保持在70％以上，表现出良好的化学稳定性和光催化活性。

尽管本发明就优选实施方式进行了示意和描述，但本领域的技术人员应当理解，只要不超出本发明的权利要求所限定的范围，可以对本发明进行各种变化和修改。