CN113896275A

CN113896275A - 一种光电催化反应器

Info

Publication number: CN113896275A
Application number: CN202111210287.7A
Authority: CN
Inventors: 马新培; 卢耀斌; 栾天罡
Original assignee: Guangdong University of Technology
Current assignee: Guangdong University of Technology
Priority date: 2021-10-18
Filing date: 2021-10-18
Publication date: 2022-01-07

Abstract

本发明公开了一种光电催化反应器，包括：导电阳极和导电阴极；导电阳极包括导电玻璃，导电玻璃上负载二氧化钛、碳三氮四和碳量子点；导电阴极包括导电材料和催化剂，催化剂包括碳黑、乙炔黑、石墨、石墨烯、铂、铁基催化剂、铁锰二元催化剂、铁锰铜三元催化剂中的至少一种。本发明以二氧化钛纳米管阵列为底，掺杂碳三氮四和碳量子点的导电阳极，缩减二氧化钛的能带间隙；从而提高了光电催化反应器的可见光响应和光效率，可见光响应得以增强；本发明所使用的阴极比常用铂箔或铂丝阴极比表面积更大，从而使光电子转移效率提高，光生电子空穴对复合率降低，整体光电催化效率得到提高。

Description

一种光电催化反应器

技术领域

本发明属于光电材料领域，具体涉及一种光电催化反应器。

背景技术

随着人类社会人口、农业生产、工业体量的不断增长，以及生活方式向高需求发展，环境污染和能源危机是人类社会发展面临的两大难题。而作为废水资源化的一种，光电催化技术尤其是光催化燃料电池技术以光为驱动力，能够充分利用废水中有机化合物所储存的化学能，达到了既可以治理污水又避免能源浪费的目的，是解决环境问题和能源危机的有效手段之一。

近年来，自驱动的光电催化***在降低光生空穴电子对复合率方面表现出较大的优势。与传统的需要外部供电的光电催化***相比，自驱动的光电催化可以利用化合物中的化学能自产电。当光电阳极在光照下暴露时，光电子从光阳极的价带被激发到导带，而光电阳极与阴极之间的内置偏置电势驱动光电子通过外电路到达阴极侧，而具有强氧化性的光生空穴则留在光电阳极的价带，从而实现将水体中的持久性有机污染物降解为水和二氧化碳。

由于光电催化催化体系的性能主要依赖于光催化剂，目前大部分的研究都集中在光阳极材料的开发上。现有的光电催化体系，尤其是可见光催化的自驱动光电催化体系对于阴极的研究没有较少，大多数光电催化体系中的阴极选择是铂箔或铂丝。然而，采用铂箔或铂丝作为阴极存在两个缺点：首先，铂箔或铂丝阴极的比表面积小，限制了光电催体系整体的效能；其次，由于氧气在电解液中的溶解度低，在光电催化反应中往往需要额外的曝气来增强氧气的转移，从而提高光电催化效率，但是曝气的需求必然会增加光电催化体系的运行成本。另外，可见光响应的自驱动光电催化体系中阴极使用类芬顿空气扩散阴极的研究还没有出现过。

发明内容

为了克服现有技术存在光电催化效率低、运行成本高的问题，本发明的目的之一在于提供一种光电催化反应器，本发明的目的之二在于提供这种光电催化反应器的应用。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

一种光电催化反应器，包括：导电阳极和导电阴极；导电阳极包括导电玻璃，导电玻璃上负载二氧化钛、碳三氮四和碳量子点；导电阴极包括导电材料和催化剂，催化剂包括碳黑、乙炔黑、石墨、石墨烯、铂、铁基催化剂、铁锰二元催化剂、铁锰铜三元催化剂中的至少一种。

优选的，光电催化反应器还包括光源，光强为70-95mW/cm²；进一步优选的，光强为75-90mW/cm²；再进一步优选的，光强为80-85mW/cm²；光源为模拟可见光。

优选的，这种光电催化反应器，还包括电解质溶液、钛片/钛丝、有机玻璃反应器；导电阳极和导电阴极分别装在含有有机物的电解质溶液中，外电路通过钛片/钛丝相连接，导电阳极在光源下激发产生光电子，光生电子在阴阳极电势差的驱动下则通过外电路向导电阴极迁移，从而形成一个回路，实现光电催化反应器降解有机物的同时产生电能。

进一步优选的，这种光电催化反应器中，导电阴极和导电阳极的间距为1-4cm；再进一步优选的，导电阴极和导电阳极的间距为1-3cm；更进一步优选的，导电阴极和导电阳极的间距为2cm。

进一步优选的，这种光电催化反应器中，光源对导电阳极进行照射，光源与导电阳极的距离为1-6cm；再进一步优选的，光源与导电阳极的距离为2-5cm。

进一步优选的，这种光电催化反应器中，电解质溶液为Na₂SO₄、NaCl、NaNO₃或磷酸缓冲液中的一种。

进一步优选的，这种光电催化反应器中，电解质溶液浓度为10-600mmol/L；再进一步优选的，电解质溶液浓度为20-500mmol/L。

优选的，这种光电催化反应器可以外接电源，外加电流为0.5-10mA；进一步优选的，外加电流为1-9mA，外加电流可以为1mA，3mA，6mA，9mA；再进一步优选的，外加电流为3mA。

优选的，这种光电催化反应器，导电阳极的制备方法，包括以下步骤：

1)将导电玻璃与含钛溶液进行水热反应，得到负载TiO₂的导电玻璃；

2)将负载TiO₂的导电玻璃进行碳化，得到TiO₂/C₃N₄电极；

3)将TiO₂/C₃N₄电极浸入碳量子点溶液中处理，得到光电极。

进一步优选的，导电阳极的制备方法步骤1)中，还包括导电玻璃(FTO)的前处理步骤；再进一步优选的，前处理步骤如下：导电玻璃(FTO)使用异丙醇、超纯水和丙酮进行超声清洗；更进一步优选的，异丙醇、超纯水和丙酮的质量比为1:1:1，超声清洗时间为0.5-1.5h。

进一步优选的，导电阳极的制备方法步骤1)中，导电玻璃(FTO)放置在含钛溶液表面进行水热反应。

进一步优选的，导电阳极的制备方法步骤1)中，含钛溶液由盐酸、钛酸四丁酯混合得到；再进一步优选的，盐酸与钛酸四丁酯的质量比为(12-14)：1；更进一步优选的，盐酸与钛酸四丁酯的质量比为13：1。

进一步优选的，导电阳极的制备方法步骤1)中，水热反应的反应温度为120-180℃；再进一步优选的，水热反应的反应温度为140-160℃；更进一步优选的，水热反应的反应温度为150℃。

进一步优选的，导电阳极的制备方法步骤1)中，水热反应的反应时间为4-6h；再进一步优选的，水热反应的反应时间为4.5-5.5h；更进一步优选的，水热反应的反应时间为5h。

进一步优选的，导电阳极的制备方法步骤2)中，负载TiO₂的导电玻璃放置在碳源溶液表面进行碳化；再进一步优选的，导电玻璃具有TiO₂的一面与碳源溶液接触进行碳化。

进一步优选的，导电阳极的制备方法步骤2)中，碳源溶液为二聚氰胺溶液。

进一步优选的，导电阳极的制备方法步骤2)中，碳化温度为500-600℃；碳化时间为2-4h；再进一步优选的，碳化温度为550℃；碳化时间为3h；碳化可在马弗炉中进行。

进一步优选的，导电阳极的制备方法步骤3)中，TiO₂/C₃N₄电极浸入碳量子点(CQDs)溶液中在50-70℃下干燥8-12h；再进一步优选的，在60℃下干燥10h。

进一步优选的，导电阳极的制备方法步骤3)中，CQDs溶液的制备方法如下：葡萄糖溶液与氢氧化钠溶液混合后超声处理，再调节pH至中性后得到CQDs溶液；再进一步优选的，葡萄糖与氢氧化钠的摩尔质量比为1:(0.5-1.5)；超声处理条件为30-50kHz，220-260W；更进一步优选的，葡萄糖与氢氧化钠的摩尔质量比为1:1；超声处理条件为40kHz，240W。

优选的，这种光电催化反应器中，导电阴极催化剂包括碳黑、乙炔黑、石墨、石墨烯中的一种或多种；进一步优选的，导电阴极催化剂包括石墨；导电阴极为空气扩散阴极。

优选的，这种光电催化反应器中，导电阴极催化剂包括石墨时，石墨负载量为2-2.9mg/cm²。

优选的，这种光电催化反应器中，导电阴极催化剂包括碳黑、乙炔黑、石墨、石墨烯中的一种或多种和铂；进一步优选的，导电阴极催化剂包括铂和碳黑，铂与碳黑的质量比为1：(1-2)；更进一步优选的，导电阴极催化剂包括铂和碳黑，铂与碳黑的质量比为2:3；导电阴极为铂碳电极。

优选的，这种光电催化反应器中，导电阴极催化剂包括铂时，负载催化剂铂的量为0.3-0.7mg/cm²；进一步优选的，负载催化剂铂的量为0.4-0.6mg/cm²；再进一步优选的，负载催化剂铂的量为0.5mg/cm²。

优选的，这种光电催化反应器中，导电阴极催化剂包括碳黑、乙炔黑、石墨、石墨烯中的一种或多种和铁基催化剂、铁锰二元催化剂和铁锰铜三元催化剂中的一种或几种；进一步优选的，导电阴极催化剂包括碳黑、乙炔黑、石墨、石墨烯中的一种或多种和铁锰铜三元催化剂；再进一步优选的，导电阴极催化剂包括石墨和铁锰铜三元催化剂，石墨与铁锰铜三元催化剂的质量比为(1-3)：1；更进一步优选的，导电阴极催化剂包括石墨和铁锰铜三元催化剂，石墨与铁锰铜三元催化剂的质量比为2:1；导电阴极为类芬顿空气扩散阴极。

优选的，这种光电催化反应器中，导电阴极催化剂包括铁锰铜三元催化剂时，铁锰铜三元催化剂中铁、锰、铜的质量比为(2-4)：1：(7-9)；进一步优选的，铁锰铜三元催化剂中铁、锰、铜的质量比为3：1：8。

优选的，这种光电催化反应器中，导电阴极的导电材料与催化剂的质量比为1：(0.1-0.8)，进一步优选的，导电材料与催化剂的质量比为1：(0.1-0.6)；再进一步优选的，导电材料与催化剂的质量比为1：(0.125-0.5)。

优选的，这种光电催化反应器中，导电阴极还包括粘合剂；进一步优选的，导电材料与粘合剂的质量比为1：(0.2-8)；再进一步优选的，导电材料与粘合剂的质量比为1：(0.4-6)；更进一步优选的，导电材料与粘合剂的质量比为1：(0.5-5)。

进一步优选的，这种光电催化反应器中，导电阴极的粘合剂为聚四氟乙烯、全氟磺酸型聚合物(Nafion)、聚二甲基硅氧烷和聚偏氟乙烯中的一种或几种；再进一步优选的，粘合剂为聚四氟乙烯、全氟磺酸型聚合物(Nafion)、聚二甲基硅氧烷中一种；更进一步优选的，粘合剂为聚四氟乙烯、全氟磺酸型聚合物(Nafion)中的一种。

优选的，这种光电催化反应器中，导电阴极的制备方法包括以下步骤：

S1、导电材料进行PDFE涂敷，得到防水碳布；

S2、将催化剂和粘合剂进行混合，涂敷于S1的防水碳布上，得到导电阴极。

进一步优选的，导电阴极的制备方法中，步骤S1中导电材料为碳布，碳布一面具有导电炭黑；再进一步优选的，步骤S1中碳布具有导电炭黑的一面进行PDFE(聚四氟乙烯)涂敷。

进一步优选的，导电阴极的制备方法中，步骤S1中导电材料PDFE涂敷后进行干燥；再进一步优选的，干燥的温度为200-400℃，干燥时间为5-15min，干燥次数为1-3次；更进一步优选的，干燥的温度为300℃，干燥时间为10min，干燥次数为2次；干燥可在马弗炉中进行。

进一步优选的，导电阴极的制备方法中，步骤S2中催化剂和粘合剂混合后涂布在防水碳布不具有防水面的一侧。

本发明还提供了上述光电催化反应器在有机物降解中的应用；进一步优选的，有机物包括卡马西平、***、三氯生和PPCPs类污染物中的一种或多种；再进一步优选的，有机物的浓度为0.5-4mg/L；更进一步优选的，有机物的浓度为1mg/L。

本发明还提供了上述光电催化反应器在发电领域中的应用。

本发明的有益效果是：

(1)光生电子空穴对复合率降低。本发明以二氧化钛纳米管阵列为底，掺杂碳三氮四和碳量子点的导电阳极，缩减二氧化钛的能带间隙；从而提高了光电催化反应器的可见光响应和光效率，可见光响应得以增强。本发明所使用的导电阴极负载有催化剂碳黑、乙炔黑、石墨、石墨烯、铂、铁基催化剂、铁锰二元催化剂、铁锰铜三元催化剂等，表面积更大，从而使光电子转移效率提高，光生电子空穴对复合率降低，整体光电催化效率得到提高。

(2)降低光电催化体系整体的运行成本。本发明使用的导电阴极背面的透气层能够与空气相通，当反应进行时能够形成一个氧气的浓度差，进而为反应器内提供氧气，不需要额外的曝气装置，极大地降低了光电催化的运行成本。

(3)光催化性能得到提高。在可见光的照射下，光电极的碳量子点能加速电极表面的电荷移动，从而提高整体光催化性能；另外，当导电阴极催化剂材料选择碳基和铂催化剂时，由于光电极的费米能级比阴极的氧化还原电势高，使之形成自偏压，不需要外加电压，仅在自偏压的作用下，光激发光电极所形成的电子可传输至阴极，有效抑制了光电极的光生电子空穴对的复合，从而使其具有较好的光电催化性能；以产H₂O为主的碳基和铂催化剂能够使光电催化反应器所产生的电流增大，抑制了光生空穴和电子的复合率，使光生电子和空穴分离效果好，从而能够加快水中污染物的降解和增大产电效率。

(4)有机污染物降解率得到提高。有机物降解率与体系产生的活性基团羟基自由基的含量有关，羟基自由基的氧化作用可以降解有机物，当导电阳极耦合能够产生羟基自由基的阴极时能够达到阴阳极协同降解污染物的效果，从而使水中有机污染物的降解率得到提高。产H₂O₂为主的导电碳黑、乙炔黑、石墨和石墨烯等碳基催化剂，通过阴极产生的具有氧化性的双氧水与阳极共同作用达到阳极光催化、阴极电催化协同降解水中污染物的效果；在阴极使用产H₂O₂的催化剂和金属催化剂，形成原位的类电芬顿反应，从而产生具有氧化性的羟基自由基和超氧自由基等活性氧化物，加快水中有机污染物的降解。

附图说明

图1为实施例1提供的光电催化反应器1的示意图。

图2为实施例1直接光解、光催化以及光电催化对卡马西平的去除率图。

图3为实施例1提供的光电催化反应器1对不同浓度卡马西平的去除率图。

图4为实施例1提供的光电催化反应器1对不同浓度卡马西平的去除效果一级动力学速率常数比较图。

图5为实施例1提供的光电催化反应器1不同浓度卡马西平下的功率密度曲线。

图6为实施例2-3的卡马西平的去除率图。

图7为实施例3在不同外加电流时的卡马西平去除率。

图8为对比例1提供的光电催化反应器4对不同浓度卡马西平的去除率图。

图9为对比例1的功率密度曲线。

具体实施方式

以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。实施例和对比例中所用的原料或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有技术方法得到。除非特别说明，试验或测试方法均为本领域的常规方法。

实施例1

本实施例的TiO₂/C₃N₄/CQDs光电极制备方法如下：

(1)TiO₂/C₃N₄电极的制备：将导电玻璃FTO(7Ω/m²，直径34mm，厚度2.2mm)用异丙醇：超纯水：丙酮(体积比1:1:1)进行超声清洗1h。将40mL 36.5wt％浓盐酸与40mL超纯水混合，再加入1.32mL钛酸四丁酯混匀，将混合液与超声清洗后的导电玻璃FTO放入水热反应釜中，FTO导电玻璃面朝上，150℃下反应5h后取出导电玻璃，冲洗干净并自然干燥后，与2g的二聚氰胺一起放入30mL的陶瓷坩埚中，其中二聚氰胺位于底部，导电玻璃位于上部，且导电面朝下。然后放入马弗炉中，550℃高温3h，制成TiO₂/C₃N₄电极。

(2)将0.05mol葡萄糖溶解在50mL超纯水中，并添加50mL 1mol/L NaOH溶液。然后对混合溶液进行2h超声处理(40kHz，240W)，溶液变为棕色，用HCl将所得棕色溶液调至中性，获得CQDs水溶液。将制备的步骤(1)制得的TiO₂/C₃N₄电极浸入CQDs溶液中并在60℃下干燥10h，获得TiO₂/C₃N₄/CQDs光电极。

本实施例的铂碳电极的制备方法如下：

(1)将碳布(4cm×8cm)具有导电炭黑一面进行PDFE(聚四氟乙烯)涂敷形成防水面，PDFE的涂敷量为1mL左右，待干燥后放入马弗炉，350℃，10min，重复2次，得到防水碳布；

(2)称取15mg 47.5％Pt催化剂(载Pt量为0.5mg/cm²)和45mg碳黑于塑料瓶中，加入6-8颗玻璃，加50μL去离子水振荡20s，加400L 5wt％Nafion溶液，200μL异丙醇，均匀涂在防水碳布的另一面(与防水面相对)。涂的时候需要一层一层地涂，动作尽量轻，一层干以后才能涂下一层，一直涂到塑料瓶里的材料用完为止，即得铂碳电极。

将本实施例制得的TiO₂/C₃N₄/CQDs光电极和铂碳电极连接在有机玻璃反应器两侧，并通过钛丝将阴阳极进行连接形成一个闭合回路，即可得到光电催化反应器1，如图1。

光电催化反应器1降解卡马西平(CBZ)实验：

室温下，电解质为50mmol/L的磷酸盐缓冲溶液，初始pH为7，降解时间为300min，可见光，光强为80-85mW/cm²，1mg/L卡马西平在光电催化反应器1中进行卡马西平的降解实验。同时设置直接光解、光催化、TiO₂/C₃N₄光电催化(将光电催化反应器中的TiO₂/C₃N₄/CQDs光电极换成实施例1制得的TiO₂/C₃N₄电极，其余反应条件均相同)的对照组；直接光解反应条件为：1mg/L卡马西平放入容器中，只照可见光，计算反应300min后卡马西平的去除效果；光催化反应条件为：1mg/L卡马西平、TiO₂/C₃N₄/CQDs光电极放入容器中，可见光照射TiO₂/C₃N₄/CQDs光电极，计算反应300min后卡马西平的去除效果，结果如图2所示。

如图2所示，光电催化反应器1中1mg/L的卡马西平在300min去除率达到75.29％，直接可见光光解去除率为3.88％，可见光光催化去除率为5.87％；从图2可知，TiO₂/C₃N₄光电催化去除率为62.87％，TiO₂/C₃N₄/CQDs光电极构建的光电催化反应器1的效果比TiO₂/C₃N₄电极构建的光电反应器更佳，这是因为CQDs能够加快阳极表面电荷的移动。表明新型可见光响应的自驱动光电催化反应器通过光电阳极与铂碳阴极的作用，产生内偏压，加快了光电子与空穴的分离，在不提升能耗的前提下，有效提高了光电催化反应器对污染物的去除效率。

室温下，电解质为50mmol/L的磷酸盐缓冲溶液，初始pH为7，降解时间为300min，可见光，光强为80-85mW/cm²，不同初始浓度的卡马西平在光电催化反应器1中进行降解。试验结果如图3所示。在光电催化反应器1中，反应300min后卡马西平初始浓度1mg/L、2mg/L和4mg/L的降解效果明显好于0.5mg/L，通过进一步比较它们的一级动力学速率常数，如图4，以及参考常规的城市污水中卡马西平的浓度在0.001-0.1mg/L，可得出1mg/L的卡马西平初始浓度为本实施例的最佳初始浓度。

以本实施例中不同初始浓度的卡马西平在光电催化反应器1中进行降解为基础，测定开路电压和短路电流比较不同卡马西平初始浓度中光电催化反应器1的功率密度曲线，如图5所示。图5为50mmol/L磷酸盐缓冲溶液，初始pH为7，将阴阳极通过钛丝连接在一起，在可见光的照射下，初始浓度为0.5ppm、1ppm、2ppm、4ppm时的功率密度曲线图，其中开路电压(Voc)范围在455.8～541.2mV，短路电流密度(Jsc)的范围为0.02337～0.02443mA·cm^-2，最大能量密度范围为1.7557～2.1202μW·cm^-2，填充因子的范围为0.1604～0.1719，由填充因子我们可得出该光电反应器的光电转化效率较好。实验结果也表明初始浓度为1mg/L的卡马西平开路电压和短路电流均大于其它三个初始浓度。

实施例2

本实施例的空气扩散阴极的制备方法如下：

(2)将0.09g石墨加入10mL塑料离心管中，然后量取100μL去离子水，800μL 5wt％全氟磺酸溶液，400μL异丙醇，并加入12颗玻璃珠。旋涡震荡5min，使之混合均匀。将混合物快速涂于防水碳布的另一面(与防水面相对)，放置24h晾干，即得空气扩散阴极。

将实施例1制得的TiO₂/C₃N₄/CQDs光电极和本实施例制得的空气扩散阴极连接在有机玻璃反应器两侧，并通过钛丝将阴阳极进行连接形成一个闭合回路，即可得到光电催化反应器2。

光电催化反应器2降解卡马西平(CBZ)实验：

室温下，电解质为50mmol/L的磷酸盐缓冲溶液，初始pH为7，可见光，光强为80-85mW/cm²，卡马西平的初始浓度为1mg/L，在光电催化反应器2中反应300min。卡马西平的去除率为28.9％，如图6所示。

实施例3

本实施例的类芬顿空气扩散阴极的制备方法如下：

(2)称取0.18g铁锰铜三元催化剂，铁锰铜质量比为3：1：8，0.09g石墨加入10mL塑料离心管中，然后量取100μL去离子水，800μL 5wt％全氟磺酸溶液，400μL异丙醇，并加入12颗玻璃珠。旋涡震荡5min，使之混合均匀。将混合物快速涂于防水碳布的另一面(与防水面相对)，放置24h晾干，即得类芬顿空气扩散阴极。

将实施例1制得的TiO₂/C₃N₄CQDs光电极和本实施例制得的类芬顿空气扩散阴极连接在有机玻璃反应器两侧，并通过钛丝将阴阳极进行连接形成一个闭合回路，即可得到光电催化反应器3。

光电催化反应器3降解卡马西平(CBZ)实验：

室温下，电解质为50mmol/L的磷酸盐缓冲溶液，初始pH为7，可见光，光强为80-85mW/cm²，卡马西平的初始浓度为1mg/L，在光电催化反应器3中反应300min。卡马西平的去除率为64.43％，如图6所示。光电催化反应器3的降解效果好于光电催化反应器2的。

光电催化反应器3的阴极和阳极之间接入不同的外加电流(1mA、3mA、6mA、9mA)时，可以促进卡马西平的降解。电解质为50mmol/L的磷酸盐缓冲溶液，初始pH为7，卡马西平的初始浓度为1mg/L条件下，在外加3mA电流时，100min中以内就可以将反应器内1mg/L的卡马西平完全降解。图7显示了不同的外加电流时的卡马西平去除率。

对比例1

光电催化反应器4的构建

本对比例的光电催化反应器4，将普通市售铂丝电极替换实施例1的铂碳电极，其余与实施例1相同。

光电催化反应器4降解卡马西平(CBZ)实验：

室温下，电解质为50mmol/L的磷酸盐缓冲溶液，初始pH为7，降解时间为300min，1mg/L卡马西平在光电催化反应器4中进行卡马西平的降解实验。1mg/L的卡马西平在300min去除率为44.48％，如图8，图8还显示了实施例1的光电催化反应器1在室温下，电解质为50mmol/L的磷酸盐缓冲溶液，初始pH为7，降解时间为300min，1mg/L卡马西平在300min去除率为75.29％，铂碳电极的效果好于铂丝电极。这是因为，实施例1制得的铂碳电极因碳布的背面进行过处理以后具有防水性和透气性，在反应进行时空气中的氧气由于压力差能泵入反应器内，因此不需要像传统铂丝或铂箔电极提供氧气，节省了成本；另外由于铂碳电极涂敷有催化层面的铂碳涂敷面积大，耦合铂碳电极效果比耦合铂丝电极的效果好。

在电解质为50mmol/L的磷酸盐缓冲溶液，初始pH为7，可见光，光强为80-85mW/cm²，降解时间为300min反应条件下，使用光电催化反应器1和光电催化反应器4对1mg/L卡马西平进行去除实验，得到功率密度曲线如附图9所示，附图9的功率密度曲线进一步得到使用铂碳电极的效果好于铂丝电极。

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，都应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种光电催化反应器，其特征在于，包括：导电阳极和导电阴极；所述导电阳极包括导电玻璃，所述导电玻璃上负载二氧化钛、碳三氮四和碳量子点；所述导电阴极包括导电材料和催化剂，所述催化剂包括碳黑、乙炔黑、石墨、石墨烯、铂、铁基催化剂、铁锰二元催化剂、铁锰铜三元催化剂中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的光电催化反应器，其特征在于，所述光电催化反应器还包括光源，光强为70-95mW/cm²。

3.权利要求1所述的光电催化反应器，其特征在于，导电阳极的制备方法包括以下步骤：

2)将所述负载TiO₂的导电玻璃进行碳化，得到TiO₂/C₃N₄电极；

3)将TiO₂/C₃N₄电极浸入碳量子点溶液中处理，得到所述的导电阳极。

4.根据权利要求1所述的光电催化反应器，其特征在于，所述导电阴极上导电材料与催化剂的质量比为1：(0.1-0.8)。

5.根据权利要求4所述的光电催化反应器，其特征在于，所述导电阴极还包括粘合剂。

6.根据权利要求5所述的光电催化反应器，其特征在于，所述导电阴极的制备方法包括以下步骤：

S1、导电材料进行PDFE涂敷，得到防水碳布；

S2、将催化剂和粘合剂进行混合，涂敷于S1所述的防水碳布上，得到所述的导电阴极。

7.权利要求1-6任一项所述的光电催化反应器在有机物降解中的应用。

8.根据权利要求7所述的光电催化反应器在有机物降解中的应用，其特征在于，所述有机物包括卡马西平、***、三氯生和PPCPs类污染物中的一种或多种。

9.根据权利要求8所述的光电催化反应器在有机物降解中的应用，其特征在于，所述有机物的浓度为0.5-4mg/L。

10.权利要求1-6任一项所述的光电催化反应器在发电领域中的应用。