一种碳量子点与钨酸铋复合光催化材料及其制备方法和应用

本发明涉及光催化材料，具体是一种碳量子点与钨酸铋复合光催化材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、土霉素和环丙沙星作为治疗感染性疾病的常用药物，通过直接或间接的途径已大量进入自然环境，由于土霉素和环丙沙星具有分子结构复杂、自然降解困难和生态毒理效应的特征，传统的生化处理工艺如微生物降解、吸附、化学电解和膜过滤等难以将其有效去除，因此，广泛分布于环境中的土霉素和环丙沙星已然成为全球面临的重大环境问题。

2、近年来，太阳光驱动的光催化氧化技术，因其高效、绿色和成本效益的优势，被认为是一种很有前途的土霉素和环丙沙星去除技术，而光催化技术的核心是设计绿色高效的光催化剂。

3、钨酸铋(bi2wo6)作为最具有代表性的铋基化合物，具有独特的层状结构、高稳定性、无毒性和低的导带位置光氧化能力强，在有机污染物的光催化降解方面具有巨大的应用前景，但是，bi2wo6低的可见光利用率(λ≤450nm)、光生载流子高的复合率和较差的传输能力，导致bi2wo6的光催化性能仍需要进一步提高，目前，研究人员做出了许多努力，包括构建异质结、引入缺陷、控制形态和负载贵金属助催化剂等，虽然这些策略能够提高bi2wo6中光生载流子的空间分离效率，进而增强bi2wo6的光催化性能，但是，这些增强bi2wo6基光催化材料性能的策略普遍存在合成工艺复杂和成本高的问题，而且需要使用昂贵或有毒的原料，这些问题都阻碍了bi2wo6基光催化材料的发展，因此，需要开发更加绿色、高效、低成本的方法，以提高bi2wo6基光催化材料的性能，以促进其在未来的实际应用。

4、碳量子点(cqds)是一种新型的0d碳基纳米材料，具有独特的荧光性质、可见光区域的强光响应和高导电性、低的细胞毒性、优异的生物相容性、良好的亲水性、易于表面修饰的特征，在生物成像、防伪打印、荧光传感、生物医药、光电子器件、能量转换和存储等领域展现了巨大的应用前景，现有的cqds修饰的光催化剂具有较高的光催化活性，如cqds与光催化剂tio2进行复合，可提高tio2在太阳光下的光催化降解有机污染物的效率。但是，现有的cqds的合成方法通常分为自上而下和自下而上的策略，自上而下法获得的cqds量子产率低、水溶性差，需要改性以提高其光学性能，这会导致复杂的后处理过程，并产生一定的环境污染；自下而上的方法是研究者合成cqds普遍采用的方法，它们是利用前驱体分子中的可聚合官能团来创建更大的碳基结构，包括前驱体的聚合和交联和碳化，其中，前驱体是昂贵和有毒的有机化学品，导致碳量子点制备成本高，此外，提纯过程需要透析、色谱分离等复杂和耗时的步骤，因此，探索绿色、高效的cqds合成方法是非常重要的。

5、因此，探索一种绿色、高效、低成本的cqds修饰bi2wo6的合成方法，以提高bi2wo6基光催化材料光催化降解土霉素和环丙沙星等有机污染物的性能，势在必行。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种碳量子点与钨酸铋复合光催化材料及其制备方法和应用，不仅制备工艺简单、低成本、绿色环保，而且合成的n-cqds/ubwo复合光催化材料对废水中土霉素和环丙沙星具有优异的光催化降解性能。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、一种碳量子点与钨酸铋复合光催化材料的制备方法，包括如下步骤：

4、步骤1、制备碳量子点

5、步骤1.1、将0.2～0.6g碱木质素和70～210mg尿素或硫脲，加入40～80ml超纯水中，搅拌，得到混合物a；

6、步骤1.2、将装有混合物a的玻璃烧杯置于800w的家用微波炉，中火加热20～30min，反应结束后，自然冷却到室温，得到棕黄色固体；

7、步骤1.3、向装有棕黄色固体的玻璃烧杯中加入50ml超纯水，超声分散均匀后，过滤，得到透明的黄棕色液体，干燥，得到碳量子点粉末n-cqds；

8、步骤2、制备cqds/biw2o6复合光催化材料

9、步骤2.1、先按照摩尔比1：2，取0.5～1mmol na2wo4·2h2o和1～2mmol bi(no3)3·5h2o，再取0.03～0.05g十六烷基三甲基溴化铵，然后将na2wo4·2h2o、bi(no3)3·5h2o和十六烷基三甲基溴化铵加入到75ml超纯水中，搅拌，得到溶液b；

10、步骤2.2、按照na2wo4·2h2o和碳量子点的配比1mmol：(14～28mg)，将碳量子点粉末n-cqds加入溶液b，搅拌，得到混合溶液c；

11、步骤2.3、将混合溶液c倒入聚四氟乙烯内衬的高压釜中，在100～130℃下，反应22～28h，自然冷却到室温，依次洗涤和干燥，得到碳量子点与钨酸铋复合光催化材料n-cqds/ubwo。

12、进一步地，所述步骤1.1的搅拌时间为2h。

13、进一步地，所述步骤1.3的超声分散时间为30min。

14、进一步地，所述步骤1.3的过滤是用50nm的滤膜过滤3次。

15、进一步地，所述步骤1.3的干燥是在80℃下，干燥12h。

16、进一步地，所述步骤2.1和步骤2.2的搅拌时间均为1h。

17、进一步地，所述步骤2.3的洗涤是先后用无水乙醇和超纯水各清洗5次。

18、进一步地，所述步骤2.3的干燥是在空气中，以80℃的温度，干燥10h。

19、一种碳量子点与钨酸铋复合光催化材料n-cqds/ubwo。

20、碳量子点与钨酸铋复合光催化材料n-cqds/ubwo的应用，在可见光下，用于光催化降解废水中土霉素和环丙沙星。

21、本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

22、本发明先以天然的碱木质素为前驱体原料，通过快速的微波加热方法合成了氮掺杂的碳量子点，避免了现有方法使用昂贵和有毒化学品作为前驱体以及需要复杂和耗时的后处理步骤制备碳量子点的弊端，更具简单高效，然后通过简单的原位水热工艺将碳量子点和钨酸铋复合，构筑出新颖的碳量子点与钨酸铋复合光催化材料n-cqds/ubwo，不仅制备成本低、工艺简单、绿色环保，而且实现了天然废弃物木质素的高价值利用，提供了一种更为高效和低成本的制备碳量子点以及碳量子点修饰钨酸铋光催化材料的策略。

23、本发明制备的复合光催化材料n-cqds/ubwo具有高的稳定性和抵抗水中常见无机盐离子和腐殖酸干扰的优势，能够在可见光下，有效去除废水中常见的新兴有机污染物，尤其能够高效去除水体中的土霉素和环丙沙星，水污染控制技术领域，具有非常重要的实际应用价值。

1.一种碳量子点与钨酸铋复合光催化材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的碳量子点与钨酸铋复合光催化材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1.1的搅拌时间为2h。

3.根据权利要求1所述的碳量子点与钨酸铋复合光催化材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1.3的超声分散时间为30min。

4.根据权利要求1所述的碳量子点与钨酸铋复合光催化材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1.3的过滤是用50nm的滤膜过滤3次。

5.根据权利要求1所述的碳量子点与钨酸铋复合光催化材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1.3的干燥是在80℃下，干燥12h。

6.根据权利要求1所述的碳量子点与钨酸铋复合光催化材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2.1和步骤2.2的搅拌时间均为1h。

7.根据权利要求1所述的碳量子点与钨酸铋复合光催化材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2.3的洗涤是先后用无水乙醇和超纯水各清洗5次。

8.根据权利要求1所述的碳量子点与钨酸铋复合光催化材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2.3的干燥是在空气中，以80℃的温度，干燥10h。

9.一种如权利要求1～8所述方法制备的碳量子点与钨酸铋复合光催化材料n-cqds/ubwo。

10.根据权利要求9所述的碳量子点与钨酸铋复合光催化材料n-cqds/ubwo的应用，其特征在于，在可见光下，用于光催化降解废水中土霉素和环丙沙星。