一种LED驱动的CDS光催化膜的制备方法及应用

技术领域

本发明涉及材料制备技术领域，尤其是涉及一种LED驱动的CD

背景技术

随着社会经济的发展，促进了抗生素在其他非临床领域的大规模应用，导致大量抗生素废水排入水体。四环素类（TC）抗生素分子具有稳定的化学结构，在水生环境中并不断积累，在不同的细菌中传播细菌耐药基因（ARGs），产生出高耐药性细菌（ARBs），影响人类和牲畜的健康。世界卫生组织称ARBs的蔓延是一场全球性公共卫生危机，必须以最严格的方式对抗生素的使用进行管理。膜分离技术具有绿色环保、分离效率高、能耗低等特点，被誉为“21世纪水处理技术”，可以有效地去除抗生素。然而，传统的膜材料抗污染性能差，形成的膜污染不仅会缩短膜的使用寿命，还会增加运行成本。此外，膜的渗透性和选择性之间相互制约，限制了其进一步的实际应用。因此，开发新型膜材料和先进的膜分离工艺具有重要的实用价值和研究意义。

利用石墨相氮化碳（g-C

碳量子点（CDs）是一种尺寸小于15nm甚至小于10nm的零维碳纳米颗粒，主要由表面丰富的聚合物官能团（羟基、羧基和胺基等）和不定型的碳核组成，这使得CDs能够很好地溶于水溶液中，有助于和其他材料进行无相分离的合成。CDs的上转换效应能够吸收波长较长、频率较短的光子，发射出波长较短、频率较高的光子。因此，当CDs与半导体光催化剂复合时，能够扩大材料整体吸光范围。同时，CDs作为电荷载体有导电子的功能，促进电子-空穴对的分离，增强光催化性能。

碘氧化铋（BiOI）是一种典型的P型3D半导体（即空穴型半导体），空穴浓度远远大于自由电子浓度，是由交错的[Bi

通过CDs的无相分离将g-C

发明内容

本发明的目的是提供一种可见光驱动的光催化膜的制备方法，合成方法简单、成本低、绿色无污染，制得的光催化膜具有LED可见光吸收能力、光催化降解能力强和可循环利用等特点，用于光催化膜分离中强化去除水中难降解的四环素类抗生素以及膜结垢的问题，为开发高性能膜分离材料和构筑新型光催化膜提供了现实依据和参考价值，提高膜的分离效率和光降解能力，最终达到绿色、环保、降低废水处理成本的目的，在水处理技术领域具有较好前景。

为实现上述目的，本发明提供了一种可见光驱动的光催化膜的制备方法，包括如下步骤：

S1、采用自下而上水热法制备零维碳量子点CDs溶液，在常温常压下，将1.0g尿素和3.0g柠檬酸溶解于20mL去离子水中，磁力搅拌30min后得到无色透明溶液，将得到的无色透明溶液移入50mL特氟龙内衬的高压反应釜中，放入恒温烘箱中加热至180℃，持续15h，待高压釜温度冷却至室温后，得到特氟龙内衬中的CDs黑色杂质溶液，通过10000rpm超高速离心机除去收集到的黑色溶液杂质，然后放入分子截留量为500的透析袋中，静置3d，最终得到所需的纯CDs溶液，并在4℃低温下保存；

S2、一步热聚合法制备石墨相氮化碳（g-C

S3、以g-C

S4、采用原位沉淀法制备CDs@BiOI/g-C

S5、CDs@BiOI/g-C

优选的，所述步骤S4中，去离子水反复洗涤至溶液上清液pH值为6。

优选的，所述步骤S5中，PES膜孔径为0.22μm。

优选的，所述CDs@BiOI/g-C3N4异质结光催化剂中CDs、BiOI、g-C

上述制备方法制得的CDs@BiOI/g-C

上述CDs@BiOI/g-C

一种旋流式光催化膜分离组件，包括上述的CDs@BiOI/g-C

本发明所述的一种LED驱动的CD

1、本发明制得的CDs@BiOI/g-C

2、本发明将光催化技术和膜分离技术耦合，赋予了膜光催化能力，能有效解决膜污染，在0.1MPa压力驱动下，纯PES膜的水通量为

3、本发明所制备的CDs@BiOI/g-C

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明实施例1所得物质的电镜图，其中a为CDs的透射电镜图（TEM），b为g-C

图2为本发明实施例1制得的CDs@BiOI/g-C

图3为本发明CDs@BiOI/g-C

图4为本发明实施例3制得的CDs@BiOI/g-C

图5为本发明以CDs@BiOI/g-C

图6为本发明以CDs@BiOI/g-C

附图标记

1、CDs@BiOI/g-C

具体实施方式

以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

实施例1

一种LED驱动的CDS光催化膜的制备方法，包括如下步骤：

S1、采用自下而上水热法制备零维碳量子点CDs溶液。

在常温常压下，将1.0g尿素和3.0g柠檬酸溶解于20mL去离子水中，磁力搅拌30min后得到无色透明溶液，将得到的无色透明溶液移入50mL特氟龙内衬的高压反应釜中，放入恒温烘箱中加热至180℃，持续15h，待高压釜温度冷却至室温后，得到特氟龙内衬中的CDs黑色杂质溶液，通过10000rpm超高速离心机除去收集到的黑色溶液杂质，然后放入分子截留量为500的透析袋中，静置3d，最终得到所需的纯CDs溶液，并在4℃低温下保存。

通过反应将尿素和柠檬酸以自下而上的方式脱水碳化，使CDs表面附着-COOH、-OH和=O等亲水基团，所得CDs溶液为稳定的零维碳纳米颗粒溶液。

图1中a为制得的CDs的投射电镜图（TEM），可以清楚得看到小于10nm的零维碳纳米颗粒。

S2、一步热聚合法制备石墨相氮化碳（g-C

将10g三聚氰胺放置于带盖陶瓷坩埚中，然后转移到马弗炉中以5℃/min的升温速率加热到550℃并保温1.5h，待陶瓷坩埚冷却至室温后，取出块状g-C

S3、以g-C

在常温常压下，将100μL的CDs溶液和10g的g-C

S4、采用原位沉淀法制备CDs@BiOI/g-C

将0.071g的KI和1g的CDs@g-C

图1中d为制得的CDs@BiOI/g-C

S5、CDs@BiOI/g-C

在常温常压下，将100mg的CDs@BiOI/g-C

图2为制得的CDs@BiOI/g-C

实施例2

光催化能力验证

借助自制光催化装置对CDs@BiOI/g-C

实验结果显示，单独PES膜的纯水通量仅为

图3为CDs@BiOI/g-C

实施例3

光催化膜材料稳定性验证

按实施例2的步骤，在结束后将CDs@BiOI/g-C

实验结果显示，经过4次循环实验后，TC去除率从87.54%下降，但仍然保持在80%附近，仍然保持在较高的TC去除水平，说明本发明的CDs@BiOI/g-C

图4为制得的CDs@BiOI/g-C

实施例4

一种旋流式光催化膜分离组件，包括CDs@BiOI/g-C

一种旋流式光催化PES膜的分离方法：

采用中空腔网孔式膜构筑膜片顶部带有LED可见光灯6的膜组件，并在膜组件两侧贴CDs@BiOI/g-C

结果显示，利用水体旋流产生的水力冲刷和膜组件上的离心力，可有效避免颗粒或者其他无机截留物质在膜表面的沉积和粘结，显著改善膜分离过程中极易产生的膜阻塞与膜通量下降，极大延长了清洗周期和使用寿命。

图5为以CDs@BiOI/g-C

图6为以CDs@BiOI/g-C

本发明CDs@BiOI/g-C

因此，本发明采用上述一种LED驱动的CDS光催化膜的制备方法及应用，合成方法简单、成本低、绿色无污染，制得的光催化膜具有LED可见光吸收能力、光催化降解能力强和可循环利用等特点，用于光催化膜分离中强化去除水中难降解的四环素类抗生素以及膜结垢的问题，为开发高性能膜分离材料和构筑新型光催化复合膜提供了现实依据和参考价值，提高膜的分离效率和光降解能力，最终达到绿色、环保、降低废水处理成本的目的，在水处理技术领域具有较好前景。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。