一种负载BiOI的浒苔生物炭复合材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及环境材料，具体涉及一种负载bioi的浒苔生物炭复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、有机污染物，尤其是抗生素类物质(如四环素(tc))的广泛使用与排放，已对全球水环境安全构成严峻挑战。据统计，全球每年抗生素消耗量超过10万吨，其中约30%-90%以母体或代谢产物形式进入水环境，诱导耐药基因(args)的扩散与富集，严重威胁生态系统稳定及人类健康。传统水处理技术如生物降解、混凝沉淀等对难降解抗生素去除效率有限，且易产生有毒副产物。基于过氧单硫酸盐(pms)的高级氧化技术(aops)虽能通过产生活性氧物种(ros)实现污染物的高效矿化，但其依赖过渡金属活化剂(如co2+、fe3+)的特性易导致二次污染。近年来，非金属活化策略的兴起为aops的绿色化提供了新思路，其中生物炭(bc)因其丰富的表面官能团、可调控的电子结构及环境友好特性备受关注。海洋绿潮浒苔的周期性暴发已成为我国黄海、东海海域的生态灾害，但其高纤维素含量、低灰分及独特的磺化多糖结构，使其成为制备高性能生物炭的理想前驱体。研究表明，浒苔生物炭(pbc)具有分级多孔结构、高比表面积及丰富的含氧/氮官能团，不仅可通过π-π作用、氢键和静电吸附高效富集污染物，还可作为电子穿梭体激活pms生成多种ros。然而，单一生物炭的催化活性仍受限于载流子迁移速率低及ros选择性差等问题。为此，将半导体光催化剂与生物炭复合构建“吸附-催化””双功能材料，成为提升污染物降解效率的重要策略。

2、bioi作为一种典型的层状

p型半导体，因其窄带隙、强可见光吸收及独特的[bi2o2]2+层间极化效应，在光催化领域展现出显著优势。然而，单相bioi存在光生载流子复合率高、比表面积小及易光腐蚀等问题，严重制约其实际应用。针对上述挑战，本发明提出“以废治污”的可持续发展理念，创新性地将pbc与bioi复合，构筑具有氧空位(ovs)调控的bioi@pbc异质结复合材料，旨在协同强化污染物的吸附富集与光催化降解能力。研究通过溶剂热法在pbc表面原位生长bioi纳米片，利用pbc的多孔结构抑制bioi的团聚，诱导bioi沿高活性(110)晶面择优生长。并通过引入ovs，进一步调控材料的能带结构，增强可见光吸收并促进载流子分离。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种负载bioi的浒苔生物炭复合材料及其制备方法和应用。

2、本发明所采取的技术方案是：

3、(1) 制备浒苔生物炭(pbc)：将浒苔粉末在惰性气体下300~700 ℃进行高温煅烧3~6 h，冷却后进行球磨得到活性生物炭；

4、(2) 制备bioi@pbc：将bi(no3)3∙5h2o加入到乙二醇中制成bi(no3)3前驱体溶液，然后将nai加入到乙二醇中制成nai前驱体溶液。随后，将预处理的pbc按一定质量加入bi(no3)3前驱体溶液中，然后将负载pbc-bi(no3)3混合溶液逐滴引入nai前驱体溶液中。待形成稳定的胶体混合溶液，转入聚四氟乙烯高压反应釜，按照一定温度加热处理数小时完成晶体生长与界面耦合。最终产物经离心纯化、干燥后，得到bioi负载浒苔生物炭复合材料(bioi@pbc)。

5、优选的，所述将浒苔粉末在惰性气体下300~500 ℃进行高温煅烧3~6 h。

6、优选的，所述bi(no3)3∙5h2o的质量为1.5~2.5 g，nai的质量为0.3~0.8 g。

7、优选的，所述bi(no3)3溶液和nai溶液氮气保护下分别进行20~60 min超声分散与磁力搅拌。

8、优选的，所述预处理的pbc按照30~100%质量分数梯度加入bi(no3)3溶液中，在常温条件下持续搅拌1~3 h完成表面预修饰。

9、优选的，将pbc-bi(no3)3混合溶液逐滴引入nai溶液中。待形成稳定的胶体混合溶液后，转入聚四氟乙烯高压反应釜，按照120~200 ℃加热处理8~20 h完成晶体生长与界面耦合。

10、一种bioi@pbc复合材料，其由上述方法制备得到。

11、一种抗生素污染沉积物修复方法包括以下步骤：将上述bioi@pbc分散到25 ml抗生素污染的超纯水中，采用300~700 w氙灯光源模拟可见光辐照条件，对污水进行处理。

12、优选的，所述bioi@pbc的投加量为5.0 mg。

13、优选的，所述四环素(tc)污染沉积物处理过程中在0、15、30、45、60、90 min时间节点定时取样1 ml悬浊液。

14、本发明的有益效果是：通过独特结构设计，bioi均匀负载于pbc表面并暴露(110)高能晶面，显著增加活性位点密度与比表面积。该复合结构兼具高吸附容量与高效载流子迁移特性。此过程中，吸附作用与自由基/非自由基协同效应共同促进了污染物快速矿化为co2与h2o，实现了吸附耦合光催化高效降解有机污染物。

15、具体来说：

16、(1) 本发明的bioi@pbc通过改进的溶剂热法成功构筑具有丰富氧空位并具有高能晶面暴露的复合光催化剂，与自由基/非自由基协同效应共同作用，可高效降解有机污染物；

17、(2) 本发明的bioi@pbc在bioi@pbc-2光催化反应过程中产生的·o2-与h+是降解tc的主要活性物种；

18、(3) 本发明以浒苔粉为原料制备bioi@pbc，不仅实现了海洋废弃生物质的资源化利用，而且还可以创造一定的经济价值。

1.一种铋碘氧化物负载型生物炭光催化复合材料，其特征在于，铋碘氧化物负载型生物炭光催化复合材料包含生物炭载体与原位生长于载体表面的碘氧化铋半导体，所述生物炭载体为浒苔基多孔生物炭pbc；碘氧化铋bioi纳米片垂直负载于浒苔生物炭表面，择优暴露bioi(110)高能晶面，材料内部富含氧空位ovs，形成异质结界面；所述bioi以浒苔生物炭理论负载质量分数30%~100%原位生长；复合材料经溶剂热原位合成制得，hrtem表征晶格条纹间距0.27nm，对应bioi(110)晶面；所述复合材料兼具污染物吸附富集与可见光光催化降解双功能，五次循环使用后对四环素降解效率仍保持88.3%以上。

2.一种权利要求1所述的铋碘氧化物负载型生物炭光催化复合材料，其特征在于，包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(1)中浒苔煅烧温度为300~500℃，浒苔粉末过20目筛。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(2)中bi(no3)3・5h2o 用量1.94 g，nai用量0.45 g，乙二醇溶剂各30 ml。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤 (3) pbc 质量分数为33%、66%或100%；步骤 (4) 溶剂热条件为160 ℃、保温16 h。

6.一种权利要求 1 所述的铋碘氧化物负载型生物炭光催化复合材料的应用，其特征在于：将复合材料用于制备水体抗生素污染修复剂；应用方式为可见光协同吸附-光催化联合降解水体四环素类抗生素污染物。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，应用方式为：将bioi@pbc分散于抗生素污染水体，采用300~700 w氙灯模拟可见光辐照处理；材料投加量为每25ml污染水体投加5.0mg bioi@pbc，在0~90 min 内定时取样检测污染物降解效果，实现抗生素高效矿化去除。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，四环素tc污染沉积物处理过程中在0、15、30、45、60、90 min时间节点定时取样1 ml悬浊液。