CsCdBO3在光催化降解/抑制污染物方面的应用

摘要

本发明提供了CsCdBO3在光催化降解/抑制污染物方面的应用，所述污染物包括有机污染物和微生物，本发明研究表明CsCdBO3对罗丹明B、四环素或盐酸四环素的降解率以及对大肠杆菌的抑制率可接近100％，且采用CsCdBO3进行光催化降解/抑制污染物的方法操作简单，成本低，为高效降解/抑制污染物提供了一种新的选择，可用于环境中有机污染物的有效治理。

权利要求

1.CsCdBO3在光催化降解/抑制污染物方面的应用，其特征在于，所述污染物为有机污染物和/或微生物；所述有机污染物为罗丹明B、四环素或盐酸四环素；所述微生物为大肠杆菌。

2.一种光催化降解有机污染物的方法，其特征在于，步骤如下：S1. 将有机污染物溶解稀释，超声处理得到溶液A；

S2. 避光条件下，将CsCdBO3加入步骤S1的溶液A中搅拌；

S3. 将步骤S2得到的溶液在氙灯下辐照，即可降解所述有机污染物；

其中，所述有机污染物为罗丹明B、四环素或盐酸四环素。

3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，步骤S1所述溶液A中有机污染物浓度为10～

800 mg/L。

4.根据权利要求2所述方法，其特征在于，步骤S2所述CsCdBO3的添加量与溶液A的质量体积比为0.5～80mg/mL。

5.根据权利要求2所述方法，其特征在于，步骤S3所述氙灯的发射波长λ>200 nm，光的2

能量密度为0.05～0.25 W/cm，所述辐照时间为30min～150min。

6.一种光催化抑制微生物的方法，其特征在于，是将CsCdBO3加入到接种有微生物的培养基上，以抑制微生物的生长；所述微生物为大肠杆菌。

7.根据权利要求6所述方法，其特征在于，当所述培养基是固体培养基时，所述CsCdBO32

的添加量为0～120μg/m且不为0；当所述培养基是液体培养基时，所述CsCdBO3的添加量为0～250μg/mL且不为0。

8.根据权利要求6所述方法，其特征在于，将CsCdBO3加入到接种有微生物的培养基上后，将所述培养基持续光照；所述光照的光发射波长λ>200 nm，所述光照的光能量密度为02

～1.3 mW/cm，所述光照的时间为10min～150min。

说明书

CsCdBO3在光催化降解/抑制污染物方面的应用

技术领域

[0001] 本发明涉及污染治理领域，具体地，涉及CsCdBO3在光催化降解/抑制污染物方面的应用。

背景技术

[0002] 随着经济建设的快速发展，城镇化进程造成的环境污染问题日益多元化，环境中污染物种类复杂多样，为环境治理带来了极大的挑战，如纺织印染排出的染料废水导致水体色度高、组成成分复杂，再如畜禽养殖业中滥用抗生素导致生态环境中富含抗生素，又如抗生素的残留引起的微生物耐药性增强，给生态环境带来了大量的致病菌，如埃希氏大肠杆菌(Escherichia coli)、沙门氏菌(Salmonella)、志贺氏菌(Shigella Castellani)等，给人类健康和生态环境带来了极大的威胁。通过物理吸附、混凝和氧化处理废水的传统物化法不仅成本高，而且程序复杂，会造成二次污染，往往无法达到从根本去除污染物的目的；而利用微生物的生命活动来净化废水的生物处理法则因细菌培养周期过长、对水质要求苛刻的缺陷而受到限制，无法有效进行。

[0003] 光催化作为利用太阳能产生电子和空穴的高级氧化清洁技术，拥有低污染、低成本、高稳定性以及利用太阳能作为动力的高性能优势，为污染物降解和微生物抑制带来了新的解决方向。近年来，人们在光催化材料上(如TiO2、g‑C3N4和BaTiO3等)投入了大量研究和实践应用，如专利CN201810699032.3提供了一种铌铅共掺杂、钯负载的TiO2/BaTiO3纳米异质结光催化剂的制备方法，但该方法存在对太阳能的利用效率低、光生电子和空穴之间的高复合重组趋势以及选择性吸附不良等缺陷，这也是基于半导体的光催化材料的通病，影响了光催化性能，阻碍了光催化工业的应用发展。因此，开发出一种高效光催化降解/抑制污染物的光催化材料和方法具有相当的必要性。

发明内容

[0004] 本发明旨在克服现有降解/抑制污染物方法的不足，提供CsCdBO3在光催化降解/抑制污染物方面的应用，所述污染物包括有机污染物和微生物，本发明研究表明CsCdBO3对罗丹明B、四环素或盐酸四环素的降解率以及对大肠杆菌的抑制率可接近100％，且采用CsCdBO3进行光催化降解/抑制污染物的方法操作简单，成本低，为高效降解/抑制污染物提供了一种新的选择，可用于环境中有机污染物的有效治理。

[0005] 因此，本发明的首要目的是提供CsCdBO3在光催化降解/抑制污染物方面的应用。

[0006] 本发明的又一目的是提供一种光催化降解有机污染物的方法。

[0007] 本发明的再一目的是提供一种光催化抑制微生物的方法。

[0008] 为实现上述目的，本发明是通过以下方案实现的：

[0009] 本发明首先提供了CsCdBO3在光催化降解/抑制污染物方面的应用。

[0010] 本发明研究表明了CsCdBO3对罗丹明B、四环素或盐酸四环素的降解率以及对大肠杆菌的抑制率可接近100％。

[0011] 优选地，所述污染物包括有机污染物和微生物。

[0012] 进一步优选地，所述有机污染物为罗丹明B、四环素或盐酸四环素。

[0013] 进一步优选地，所述微生物为大肠杆菌。

[0014] 此外，本发明还提供了一种光催化降解有机污染物的方法，步骤如下：

[0015] S1.将有机污染物溶解稀释，超声处理得到溶液A；

[0016] S2.避光条件下，将CsCdBO3加入步骤S1的溶液A中搅拌；

[0017] S3.将步骤S2得到的溶液在氙灯下辐照，即可降解所述有机污染物。

[0018] 优选地，所述有机污染物为罗丹明B、四环素或盐酸四环素。

[0019] 优选地，步骤S1所述溶液A中有机污染物浓度为10～800mg/L。

[0020] 若有机污染物浓度高于800mg/L，会阻碍光的透射性，影响对光的吸收，导致有机污染物的降解率下降。

[0021] 进一步优选地，步骤S1所述溶液A中有机污染物浓度为10mg/L。

[0022] 优选地，步骤S2所述CsCdBO3的添加量与溶液A的质量体积比为0.5～ 80mg/mL。

[0023] 进一步优选地，步骤S2所述CsCdBO3的添加量与溶液A的质量体积比为 1mg/mL。

[0024] 优选地，步骤S1所述超声的超声时间为20min，超声频率为40kHz。

[0025] 优选地，步骤S2所述搅拌的搅拌时间为30～60min，搅拌速度为600rpm。

[0026] 进一步优选地，步骤S2所述搅拌的搅拌时间为30min。

[0027] 优选地，步骤S3所述氙灯的发射波长λ>200nm，光的能量密度为0.05～0.25 W/2
cm。

[0028] 当步骤S3所述氙灯的发射波长λ＞200nm时，因存在紫外光等多种光，会使得有机污染物发生自身降解，与CsCdBO3发挥协同作用，有效提高CsCdBO3对污染物的降解/抑制率。

[0029] 进一步优选地，光的能量密度为0.25W/cm2。

[0030] 当光的能量密度为0.25W/cm2时，本方案对有机污染物的降解率已接近 100％，因此，再提升光的能量密度对降解率的影响不大，还造成了材料的浪费，提高了降解成本。

[0031] 优选地，步骤S3所述辐照时间为30min～150min。

[0032] 作为一种最佳的可实施方式，上述光催化降解有机污染物的方法步骤如下：

[0033] S1.将有机污染物溶解稀释至浓度为10mg/L，以40kHz的频率超声处理 20min得到溶液A；

[0034] S2.避光条件下，将与溶液A的质量体积比为1000mg/L的CsCdBO3加入步骤S1的溶液A中以600rpm速度搅拌30min；

[0035] S3.将步骤S2得到的溶液在氙灯(发射波长λ>200nm，光的能量密度为0.25 W/cm2)下辐照150min，即可降解所述有机污染物。

[0036] 本发明还请求保护一种光催化抑制微生物的方法，具体是将CsCdBO3加入到接种有微生物的培养基上，以抑制微生物的生长。

[0037] 优选地，当所述培养基是固体培养基时，所述CsCdBO3的添加量为0～ 120μg/cm2且不为0。

[0038] 进一步优选地，当所述培养基是固体培养基时，所述CsCdBO3的添加量为 120μg/2
cm。

[0039] 当CsCdBO3的添加量为120μg/cm2时，本方案对微生物的抑制率已接近 100％，因此，再增加CsCdBO3的添加量对抑制率的影响不大，还造成了材料的浪费，提高了抑制成本。

[0040] 优选地，当所述培养基是液体培养基时，所述CsCdBO3的添加量为0～ 250μg/mL且不为0。

[0041] 进一步优选地，当所述培养基是液体培养基时，所述CsCdBO3的添加量为 250μg/mL。

[0042] 当CsCdBO3的添加量为250μg/mL时，本方案对微生物的抑制率已接近100％，因此，再增加CsCdBO3的添加量对抑制率的影响不大，还造成了材料的浪费，提高了抑制成本。

[0043] 优选地，将CsCdBO3加入到接种有微生物的培养基上后，将所述培养基持续光照。

[0044] 进一步优选地，所述光照的光发射波长λ>200nm。

[0045] 进一步优选地，所述光照的光能量密度为0～1.3mW/cm2。

[0046] 进一步优选地，所述光照的光能量密度为1.3mW/cm2。

[0047] 当光的能量密度为1.3mW/cm2时，本方案对微生物的抑制率已接近100％，因此，再提升光的能量密度对抑制率的影响不大，还造成了材料的浪费，提高了抑制成本。

[0048] 进一步优选地，所述光照的时间为10min～150min。

[0049] 作为一种最佳的可实施方式，上述光催化抑制微生物的方法步骤如下：

[0050] 将120μg/cm2的CsCdBO3加入到接种有微生物的固体培养基上，持续光照 (光能量2
密度为1.3mW/cm)10min以抑制微生物的生长。

[0051] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

[0052] 本发明提供了CsCdBO3在光催化降解/抑制污染物方面的新应用，所述污染物包括有机污染物和微生物，本发明研究表明CsCdBO3对罗丹明B、四环素或盐酸四环素的降解率以及对大肠杆菌的抑制率可接近100％，且采用CsCdBO3进行光催化降解/抑制污染物的方法操作简单，成本低，为高效降解/抑制污染物提供了一种新的选择，可用于环境中有机污染物的有效治理。

附图说明

[0053] 图1为CsCdBO3 X射线衍射峰与标准卡对比的XRD图谱。

具体实施方式

[0054] 以下结合说明书附图和具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

[0055] 除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。

[0056] CsCdBO3 X射线衍射峰与标准卡对比的XRD图谱如图1所示。

[0057] 实施例1一种光催化降解罗丹明B的方法

[0058] 1、实验方法

[0059] S1.将1mg罗丹明B溶解稀释至浓度为10ppm(10mg/L)，置于容积为250 mL的烧杯中，再置于超声波清洗机超声处理20min，得到均一稳定的溶液A；

[0060] S2.避光条件下，将50mg的CsCdBO3(与溶液A的质量体积比为0.5mg/mL) 加入步骤S1的溶液A中以600rpm速度磁力搅拌30min；

[0061] S3.将步骤S2得到的溶液A在稳定发光的氙灯(发射波长为λ>200nm，光的能量密度2
为0.05W/cm ，光斑直径为50mm，体系距氙灯出口20cm)下进行辐照150min，即可降解所述有机污染物。

[0062] 辐照150min后，取样品离心后，取上清液进行紫外可见吸收光谱测试，得到污染物的降解率。

[0063] 2、实验结果

[0064] 按照本发明上述方法在催化降解罗丹明B 150min后能达到接近100％的降解率。

[0065] 实施例2一种光催化降解罗丹明B的方法

[0066] 1、实验方法

[0067] 同实施例1的方案，区别在于罗丹明B的浓度为800ppm(800mg/L)。

[0068] 2、实验结果

[0069] 按照本发明上述方法在催化降解罗丹明B 150min后能达到50％的降解率。

[0070] 实施例3一种光催化降解罗丹明B的方法

[0071] 1、实验方法

[0072] 同实施例1的方案，区别在于CsCdBO3的添加量为8000mg(与溶液A的质量体积比为80mg/mL)。

[0073] 2、实验结果

[0074] 按照本发明上述方法在催化降解罗丹明B 150min后能达到70％的降解率。

[0075] 实施例4一种光催化降解罗丹明B的方法

[0076] 1、实验方法

[0077] 同实施例1的方案，区别在于CsCdBO3的添加量为100mg(与溶液A的质量体积比为1mg/mL)。

[0078] 2、实验结果

[0079] 按照本发明上述方法在催化降解罗丹明B 150min后能达到90％的降解率。

[0080] 实施例5一种光催化降解罗丹明B的方法

[0081] 1、实验方法

[0082] 同实施例1的方案，区别在于步骤S3所述辐照时间为30min。

[0083] 2、实验结果

[0084] 按照本发明上述方法在催化降解罗丹明B 150min后能达到40％的降解率。

[0085] 实施例6一种光催化降解罗丹明B的方法

[0086] 1、实验方法

[0087] 同实施例1的方案，区别在于光的能量密度为0.15W/cm2。

[0088] 2、实验结果

[0089] 按照本发明上述方法在催化降解罗丹明B 150min后能达到50％的降解率。

[0090] 实施例7一种光催化降解罗丹明B的方法

[0091] 1、实验方法

[0092] 同实施例1的方案，区别在于光的能量密度为0.25W/cm2。

[0093] 2、实验结果

[0094] 按照本发明上述方法在催化降解罗丹明B 150min后能达到70％的降解率。

[0095] 实施例8一种光催化降解四环素的方法

[0096] 1、实验方法

[0097] 同实施例1的方案，区别在于所述罗丹明B用四环素替代，CsCdBO3的添加量为50mg2
(与溶液A的质量体积比为500mg/L)，光的能量密度为0.25W/cm。

[0098] 2、实验结果

[0099] 按照本发明上述方法在催化降解四环素30min后能达到接近100％的降解率。

[0100] 实施例9一种光催化降解四环素的方法

[0101] 1、实验方法

[0102] 同实施例1的方案，区别在于所述罗丹明B用四环素替代，四环素的浓度为30ppm(30mg/L)，CsCdBO3的添加量为50mg(与溶液A的质量体积比为500 mg/L)，光的能量密度为2
0.25W/cm。

[0103] 2、实验结果

[0104] 按照本发明上述方法在催化降解四环素30min后能达到90％的降解率。

[0105] 实施例10一种光催化降解四环素的方法

[0106] 1、实验方法

[0107] 同实施例1的方案，区别在于所述罗丹明B用四环素替代，四环素的浓度为50ppm(50mg/L)，CsCdBO3的添加量为50mg(与溶液A的质量体积比为500 mg/L)，光的能量密度为2
0.25W/cm。

[0108] 2、实验结果

[0109] 按照本发明上述方法在催化降解四环素30min后能达到85％的降解率。

[0110] 实施例11一种光催化降解四环素的方法

[0111] 1、实验方法

[0112] 同实施例1的方案，区别在于所述罗丹明B用四环素替代，四环素的浓度为50ppm(50mg/L)，CsCdBO3的添加量为10mg(与溶液A的质量体积比为100 mg/L)，光的能量密度为2
0.25W/cm。

[0113] 2、实验结果

[0114] 按照本发明上述方法在催化降解四环素30min后能达到85％的降解率。

[0115] 实施例12一种光催化降解四环素的方法

[0116] 1、实验方法

[0117] 同实施例1的方案，区别在于所述罗丹明B用四环素替代，四环素的浓度为50ppm(50mg/L)，CsCdBO3的添加量为30mg(与溶液A的质量体积比为300 mg/L)，光的能量密度为2
0.25W/cm。

[0118] 2、实验结果

[0119] 按照本发明上述方法在催化降解四环素30min后能达到90％的降解率。

[0120] 实施例13一种光催化降解四环素的方法

[0121] 1、实验方法

[0122] 同实施例1的方案，区别在于所述罗丹明B用四环素替代，四环素的浓度为50ppm(50mg/L)，CsCdBO3的添加量为100mg(与溶液A的质量体积比为 1000mg/L)，光的能量密度2
为0.25W/cm。

[0123] 2、实验结果

[0124] 按照本发明上述方法在催化降解四环素30min后能达到95％的降解率。

[0125] 实施例14一种光催化降解盐酸四环素的方法

[0126] 1、实验方法

[0127] 同实施例1的方案，区别在于所述罗丹明B用盐酸四环素替代，盐酸四环素的浓度为10ppm(10mg/L)，CsCdBO3的添加量为50mg(与溶液A的质量体积比为500mg/L)，光的能量2
密度为0.25W/cm。

[0128] 2、实验结果

[0129] 按照本发明上述方法在催化降解盐酸四环素30min后能达到接近100％的降解率。

[0130] 实施例15一种光催化降解盐酸四环素的方法

[0131] 1、实验方法

[0132] 同实施例1的方案，区别在于所述罗丹明B用盐酸四环素替代，盐酸四环素的浓度为30ppm(30mg/L)，CsCdBO3的添加量为50mg(与溶液A的质量体积比为500mg/L)，光的能量2
密度为0.25W/cm。

[0133] 2、实验结果

[0134] 按照本发明上述方法在催化降解盐酸四环素30min后能达到85％的降解率。

[0135] 实施例16一种光催化降解盐酸四环素的方法

[0136] 1、实验方法

[0137] 同实施例1的方案，区别在于所述罗丹明B用盐酸四环素替代，盐酸四环素的浓度为50ppm(50mg/L)，CsCdBO3的添加量为50mg(与溶液A的质量体积比为500mg/L)，光的能量2
密度为0.25W/cm。

[0138] 2、实验结果

[0139] 按照本发明上述方法在催化降解盐酸四环素30min后能达到82％的降解率。

[0140] 实施例17一种光催化抑制大肠杆菌的方法

[0141] 1、实验方法

[0142] 将含有卡那霉素抗性基因的PET28a‑GFP‑BL21大肠杆菌原液由实验室保存活化培养12h后，把菌液稀释至OD(吸光度)＝0.5，再稀释至10000倍以上；量取16份50μL菌液分别2
接种于16个固体培养基的培养皿中，分成四组，每组的4个培养皿分别加入0、40μg/m 、80μ
2 2 2 2
g/m、120μg/m的CsCdBO3，然后四组分别置于光能量密度为0、0.1mW/cm 、0.7mW/cm 、1.3mW/
2
cm的日光灯下照射10min，倒置培养24h后统计菌落数量，计算得到微生物的抑制率。

[0143] 2、实验结果

[0144] 表1

[0145]

[0146] 从表1可以看出，随着CsCdBO3添加浓度的增加，对微生物的抑制作用显著增强，且增加日光灯照，可进一步提升CsCdBO3对微生物的抑制作用，随着日光灯的光能量密度的增强，对微生物的抑制率也得到显著提高。

[0147] 实施例18一种光催化抑制大肠杆菌的方法

[0148] 1、实验方法

[0149] 将含有卡那霉素抗性基因的PET28a‑GFP‑BL21大肠杆菌原液由实验室保存活化培养12h后，把菌液稀释至OD(吸光度)＝0.5，再稀释至10000倍以上；量取12份100μL菌液分别接种于12个液体培养基的培养皿中，分成三组，每组的4个培养皿分别加入0、62.5μg/mL、2 2
125μg/mL、250μg/mL的CsCdBO3，然后三组分别置于光能量密度为0、1mW/cm、1.3mW/cm的日光灯下照射150min，倒置培养24h后统计菌落数量，计算得到微生物的抑制率。

[0150] 2、实验结果

[0151] 表2

[0152]

[0153] 从表2可以看出，随着CsCdBO3添加浓度的增加，对微生物的抑制作用显著增强，且增加日光灯照，可进一步提升CsCdBO3对微生物的抑制作用，随着日光灯的光能量密度的增强，对微生物的抑制率也得到显著提高。

[0154] 对比例1

[0155] 1、实验方法

[0156] 同实施例1的方案，区别在于罗丹明B的浓度为1000ppm(1000mg/L)。

[0157] 2、实验结果

[0158] 按照本发明上述方法在催化降解罗丹明B 150min后只有10％的降解率。

[0159] 对比例2

[0160] 1、实验方法

[0161] 同实施例1的方案，区别在于步骤S2所述CsCdBO3的添加量为10mg(与溶液A的质量体积比为0.1mg/mL)。

[0162] 2、实验结果

[0163] 按照本发明上述方法在催化降解罗丹明B 150min后只有12％的降解率。

[0164] 对比例3

[0165] 1、实验方法

[0166] 同实施例1的方案，区别在于步骤S3不使用氙灯辐射。

[0167] 2、实验结果

[0168] 按照本发明上述方法在催化降解罗丹明B 150min后只有5％的降解率。

[0169] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。