一种用于降解黄曲霉毒素B1的光催化剂及其制备方法与流程

一种用于降解黄曲霉毒素b1的光催化剂及其制备方法
技术领域
1.本技术涉及光催化剂领域，特别是一种用于降解黄曲霉毒素b1的光催化剂及其制备方法。


背景技术：

2.食品安全问题是人类持续关注的问题。粮食、食用油和肉类等食品在种植、储存或饲养期间很容易受到环境污染。除此之外，一些致病微生物也可以在这些食品中生长并形成真菌毒素。这些真菌毒素会造成巨大的经济损失和健康风险。黄曲霉毒素作为真菌毒素之一，是黄曲霉和寄生曲霉的次生代谢产物，它们对人体具有剧毒、破坏性和致癌作用。尤其是黄曲霉毒素b1（afb1），它们会导致癌症，损害人体内部器脏。如今，afb1的降解脱毒仍然是食品行业面临的一大挑战。研究人员提出了黄曲霉毒素降解的各种技术，包括物理、化学和生物学方法。这些技术虽然可以在一定程度上消除afb1，但仍有一定局限性。例如，采用物理吸附方法尽管可以吸附afb1，但不能分解afb1，而且可能导致二次污染。而化学方法，如光催化降解，可能会在紫外线照射下影响食品质量，而生物学方法需要很长时间才能降解afb1分子。此外，随着对健康食品需求的增长，食品安全标准也随之提高。因此，有必要找到一种更环保、有效、安全的方法来降解afb1。
3.光催化降解是一种先进的氧化降解技术，该方法成本低、可持续、无二次污染、操作简便。最重要的是，在紫外光或可见光照射下，它能将废水和气体环境中的有机污染物完全降解为h2o、co2或其他无害物质。它通常被认为是从环境中去除和降解污染物的最有效和最环保的方法。到目前为止，已经有很多关于使用半导体降解有机污染物的报道。例如，有研究人员利用老化的非晶态过氧钨酸制备了高活性的wo3半导体，并将其用作光催化剂，在模拟日光的氙灯光照下将各种有机化合物降解为co2。高活性wo3光催化剂的光催化活性优于商用或国产掺氮tio2和wo3催化剂。另有研究人员通过热处理nh3scn并采用二氧化硅纳米颗粒作为母板合成了介孔石墨碳氮化物。发现介孔石墨碳氮化物在降解液相中的氯酚（chlorophenol）和苯酚（phenol）方面表现出优异的光催化活性。氧化锌因其高效、安全和易于制备而备受关注。许多研究人员报道了各种制备氧化锌的方法，并用它降解不同的污染物。有研究人员采用微波加热技术合成了哑铃形zno光催化剂，并将其用于降解亚甲基蓝（mb）。他们发现其脱色率和toc去除率可分别达到99.6%和74.3%。采用溶胶-凝胶法合成掺fe
3
的zno光催化剂，对其在紫外光下降解亚甲基蓝和在可见光下降解4-cp（四氯苯酚）的光催化性能进行了研究。结果表明，fe
0.8-zno的光催化活性最高，对mb和4-cp（四氯苯酚）的降解率分别高达93%和73%。然而，zno的光催化性能仍然受到其光致电子和空穴分离效率以及吸收能力的限制，氧化锌的光催化活性仍有待改进。


技术实现要素：

4.一方面，本发明提供一种用于降解黄曲霉毒素的光催化剂的制备方法，采用聚乙烯吡咯烷酮（pvp）改性的zif-8作为前驱体，通过“热解-原位转化-热解”的方法制备了n掺
杂多孔碳包覆zno（简称zno@npc）的光催化剂。其制备方法如下：将c4h6n2和pvp完全溶解在甲醇溶液中，形成a溶液，将zn(no3)2·
6h2o完全溶解在甲醇溶液中，形成b溶液，将b溶液倒入到a溶液中，搅拌使其充分混合得到混合液，对所述混合液进行陈化，离心其底部沉淀物，再用乙醇进行洗涤，干燥，得到pvp改性的zif-8；随后，将pvp改性的zif-8进行烧结，得到zno多面体结构，将zno多面体结构分散到溶解有c4h6n2和pvp的甲醇溶液中，陈化，离心，用乙醇洗涤，干燥，得到zno@zif-8核壳多面体结构；最后，将得到的zno@zif-8核壳多面体结构进行烧结，即得。
5.另一方面，本发明提供一种光催化剂，其由上述制备方法制得。
6.经过试验证明，本发明的制备方法得到的光催化剂对于黄曲霉素b1体现了优异的降解性能。此外该光催化剂具有良好的修复性和可重用性。
附图说明
7.图1本发明zno@npc核壳型光催化剂制备路线图。
8.图2(a)zno@npc、zno@zif-8、zno和zif-8以及空白组对afb1的光催化降解率比较；(b)在紫外光下使用zno@npc光催化降解afb1的五个重复循环降解图；(c)zno@npc反应前和反应后的x射线衍射图。
具体实施方式
9.参照附图对用于实施本发明的实施方式进行详细地说明。本发明并不限定于以下的实施例所记载的内容。并且，以下所记载的构成要素中包含本领域技术人员所能够容易想到的、实际上相同的构成要素。此外，能够对以下所记载的结构进行适当组合。并且，能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行结构的各种省略、置换或变更。
10.（具体实施例1）根据附图对本发明的实施例1的用于降解黄曲霉毒素的光催化剂的制备方法和由此制得的光催化剂进行说明，如图1所示，该制备方法采用聚乙烯吡咯烷酮（pvp）改性的zif-8作为前驱体，通过“热解-原位转化-热解”的方法制备了n掺杂多孔碳包覆zno（简称zno@npc）的光催化剂。其制备方法如下：将c4h6n2和pvp完全溶解在甲醇溶液中，形成a溶液，将zn(no3)2·
6h2o完全溶解在甲醇溶液中，形成b溶液，将b溶液倒入到a溶液中，搅拌使其充分混合得到混合液，对所述混合液进行陈化，离心其底部沉淀物，再用乙醇进行洗涤，干燥，得到pvp改性的zif-8；随后，将pvp改性的zif-8进行烧结，得到zno多面体结构，将zno多面体结构分散到溶解有c4h6n2和pvp的甲醇溶液中，陈化，离心，用乙醇洗涤，干燥，得到zno@zif-8核壳多面体结构；最后，将得到的zno@zif-8核壳多面体结构进行烧结，即得到用于降解黄曲霉毒素的光催化剂。
11.（具体实施例2）同样参考图1，用pvp改性的zif-8为前驱体合成具有核壳结构的zno@npc光催化剂，具体制备步骤如下：首先，将3.8g的c4h6n2和10g的pvp完全溶解在100ml甲醇中，得到a溶液，将4.5g的zn(no3)2·
6h2o完全溶解在100ml甲醇溶液，形成b溶液。将b溶液快速加入a溶液中，搅拌5min使其充分混合。该混合液在60℃下陈化15小时，然后离心其底部沉淀物，再
用乙醇洗涤三次，在80℃干燥10小时，得到pvp改性的zif-8。随后，将pvp改性的zif-8放置在马弗炉中，在空气气氛下，以2℃/min的升温速率加热到550℃下烧结30min，得到zno多面体结构。接着，取0.5g的zno多面体结构分散到30ml溶解有9.1g的c4h6n2和3g的pvp的甲醇溶液中，然后在室温下陈化12h，离心，用乙醇洗涤三次，在80℃干燥8h，得到zno@zif-8核壳多面体结构。最后，将得到的zno@zif-8核壳多面体结构在ar气氛下，以2℃/min的升温速率加热到800℃下烧结90min，制得n掺杂多孔碳包覆的zno多面结构(zno@npc)。
12.为了验证上述制备方法获得的光催化剂的降解性能，将0.05 g光催化剂分散在100ml浓度为5ppm的afb1溶液，形成悬浮液，暗反应30min，以达到吸附-脱吸平衡。然后打开紫外光，进行光催化降解实验。暗反应30min后，zno能吸收6.5%的afb1。然而zno@npc可吸收64.1%的afb1，而zno@zif-8和zif-8对afb1的吸收率分别为24.6%和54.1%。如图2a所示，紫外线照射48min后，zno@npc对afb1的降解率为94.8%，而zno、zno@zif-8和zif-8对afb1的降解率则分别为80.4%、32.3%、59.9%。afb1分子大小比zif-8孔径更大。afb1分子不能通过zif-8壳层进入到zno进行光催化降解反应。因此zno@zif-8和zif-8对afb1的光催化降解活性较低。
13.采用zno@npc作为催化剂进行五次循环降解实验，以进一步证明光催化剂的稳定性。如图2b所示，zno@npc经过五次重复循环实验后降解率仅仅减少1.71%，可以证实zno@npc具有良好的修复性和可重用性。通过zno@npc反应前和反应后的xrd图谱分析，参见图2c，zno@npc反应后与反应前的xrd衍射峰几乎相同。这意味着在五个重复的循环之后zno@npc的物相结构保持不变。催化活性轻微降低可能是由于在回收催化剂时发生少量的损失。
14.另外，本发明并不限定于上述实施方式。即，能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变形而实施。