[发明专利]可见光光催化降解水中还原性污染物同时生产氢气的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用可见光光催化消除环境中存在的污染物同时生产氢气的方法，具体地说涉及一种消除还原能力比水强的水体污染物同时生产氢气的方法。

背景技术

光催化分解水由于其直接利用太阳光生产可再生的能源载体氢气的前景而获得广泛关注。基本原理是光催化剂在光照的作用下产生具有反应活性的光生电子和光生空穴。光生电子还原水生成氢气，而光生空穴氧化水生产氧气。目前的光解水技术存在一些不足尚需改进：

1、反应生产的氢气和氧气混合气体易于爆炸；

2、可见光光催化产氢速率较低。

针对不足之处之1的改进包括分室化分别生产氢气和氧气、双层膜、穿孔双层膜等更复杂技术。这些技术实现氢氧分离是以降低光能的利用率和(或)增加工艺的复杂性和成本为代价的。

针对不足之处之2的改进包括开发更高光催化活性的光催化剂和添加电子给体。已报道添加电子给体甲醛、甲酸、草酸、甲醇和生物质等在紫外光(如高压汞灯)照射下能促进光催化氢气的生产。而可见光无危害，可直接采用太阳光为光源，因此很有应用的价值。可见光光催化降解草酸、2，4-二氯苯氧基乙酸等其他还原性水体污染物并且能够促进氢气的生产还未有报道。

氧气的存在有利于还原性污染物的光催化氧化降解，但是不利于氢气的产生。因此文献报道的光催化降解有机污染物同时产氢一般在厌氧气氛下进行。但是反应初期溶液中和气氛中的少量氧气即含氧量小于10.4mmol/L有利于光催化污染物的初步氧化降解，有利于其后的光催化降解污染物同时产氢的进行。

发明内容

本发明的目的是提供一种实现可见光光催化降解水中还原性污染物同时生产氢气的方法。

本发明提供的方法，利用可见光光催化降解还原能力比水强的水体污染物同时生产氢气。

为实现上述目的，本发明提供的一种实现可见光光催化降解水中还原性污染物同时生产氢气的方法，在无氧或含氧量小于10.4mmol/L气氛的密闭体系中和可见光光催化剂如氧化钨基光催化剂(W、Ti、O、Pt、Cd、S)体系的存在以及波长为400-800nm的光照下实现水体中还原性污染物的消除同时生产氢气。

所述的方法，其中，可见光光催化剂比如氧化钨基光催化剂(W、Ti、O、Pt、Cd、S)如：WO₃/TiO₂，WO_x/TiO₂(2＜x＜3)，CdS/WO₃，Pt/CdS/WO₃等

由于本发明涉及液体水中和界面进行的光催化反应，所以反应温度采用常规光催化反应温度，即在0-99℃内。

由于反应的体系压力越大越不利于反应产物氢气从液相逸出，所以本发明采用常规光催化反应压力，即-1-3个大气压下进行。

所述的方法，其中，污染物为还原能力比水分子强，反应条件下在水中的溶解度大于1ppm。并且可在工农业污水、生活污水或江河湖海等水体中可检测到的污染物，比如一些有机羧酸和/或芳香化合物。

与公知技术相比，本发明具有以下优点：

1、由于污染物比水分子更易于被氧化，所以促进了光催化氢气的生产；氢气的产量有明显增加；

2、可以有效去除还原能力比水强的水体污染物；光催化生产氢气的同时氧化消除了污染物；

3、由于污染物的存在消耗了光生空穴，所以没有氧气产生，从而避免了氢气和氧气逆反应以及混合易于爆炸的问题；

4、从能量转换的角度看，这一过程能够将可见光光能和污染物中的化学能转化为未来能源载体氢气的化学能。

5、光源无危害，由于能以太阳光为光源的前景而易于实现工业化。

附图说明

图1为本发明采用的可见光光催化反应装置示意图；1.真空装置，2.真空线，3.气相色谱，4.氩气入口，5.温度显示器，6.循环水出口，7.光源，8.磁力搅拌子，9.液体采样口，10.循环水入口。

图2为本发明实施例1、2中可见光光源发光光谱图。

图3为本发明实施例1、2中可见光光催化产氢量和草酸(oxalic acid)、2，4-D浓度随光照时间的变化图。

图4为本发明实施例1、2中可见光光催化降解草酸、2，4-D反应产物二氧化碳物质的量随光照时间的变化图。

具体实施方式

为进一步说明本发明，列举以下实施例，但并不是用来限制权力要求所定义的发明范围。