[发明专利]一种利用可见光催化降解有机污染物的树脂催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光催化剂及其制备方法，更具体地说是一种可利用可见光催化降解有机污染物的树脂催化剂及其制备方法。

技术背景

近年来利用羟基自由基(·OH)降解和矿化有机废水的深度氧化技术(AOTs)已受到广大环境工作者的共同关注。但在过去的二十年中，大量的注意力集中在使用紫外光照射有机污染物的光催化降解上，然而使用紫外光存在一些局限，如耗电量大，价格昂贵等，而且太阳光中只有约4％的紫外光。因而尝试采用价格便宜、成本低廉的可见光来处理环境污染物或直接利用太阳光来处理废水，对环保和节能都具有极其重要的意义。

以利用太阳能为主的多相光催化氧化技术，对有机物的氧化几乎无选择性，并能使之较为完全地矿化，而且节约能源，十分符合我国在环境治理中高效率低消耗的要求，是一种非常有发展前景的环境治理技术。磺酸铁酞菁(FePcS)作为仿生化合物(类似细胞色素P-450酶)，结构类似金属卟啉，卟啉和酞菁作为仿生光催化剂吸收可见光处理水环境中的污染物近年来备受关注。相对于均相催化反应，将酞菁负载在树脂上，可以提高酞菁的抗氧化能力，而且方便回收，减少了催化剂的流失。此类文献有近年来发表在Science，Chem.Rev.；J.Am.Chem.Soc.；Science；Angew Chem Int Ed上的相关文章：(1)Alexander M，Science，1981，211，132-134；(2)Meunier B.Chem Rev，1992，92(6)：1411-1456；(2)SorokinA，Meunier B.J Am Chem Soc，1993，115(16)：7293-7299；(3)Sorokin A，Seris J L，MeunierB.Science，1995，268(5214)：1163-1166；(4)Tao X，Ma W，Zhang T，Zhao J.Angew ChemInt Ed，2001，113，3013

南京大学已经于2006年12月11日申请了《一种负载金属酞菁光催化剂及其制备方法》专利(申请号200610098315.X)，其主要步骤为：a)采用悬浮聚合法，以二乙烯基苯为单体制备得球状聚二乙烯基苯树脂；b)将步骤a所得聚二乙烯基苯树脂在催化剂作用下进行氯甲基化反应，得到氯甲基化聚二乙烯基苯树脂；c)将金属酞菁通过共价键结合的方式负载到步骤b所得的氯甲基化聚二乙烯基苯树脂上，得到氯甲基化聚二乙烯基苯树脂负载金属酞菁光催化剂。将所制备的固相光催化剂用于可见光催化降解水中氯酚类物质。上述制备的固相催化剂是以聚二乙烯苯为载体，所述酞菁为不带任何取代基的非水溶性金属酞菁，并且通过共价键结合的方式负载到载体上，这种固相催化剂的优点是透光性好，易于从反应体系中分离，操作简便，可循环使用。

文献检索表明，已有的文献中还未有氯甲基化聚苯乙烯二乙烯苯树脂直接通过共价键结合的方式负载磺酸铁酞菁方法的报道。

发明内容

1.发明所要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种负载磺酸铁酞菁树脂光催化剂，能在可见光照射下活化水中的过氧化氢，从而有效催化降解染料及其中间体废水中有机污染物，使染料废水能够达标排放。本发明的另一个目的还在于提供一种负载磺酸铁酞菁光催化剂的制备方法。

2.技术方案

一种负载磺酸铁酞菁树脂光催化剂，由载体及其负载的磺酸铁酞菁组成。其特征在于：所述载体为含氯甲基的聚苯乙烯二乙烯苯树脂，磺酸铁酞菁在催化剂中的质量百分比为0.6％-4.5％。

本发明所述的一种固载磺酸铁酞菁光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

A)在三口烧瓶中，加入1％的明胶水溶液及由苯乙烯、二乙烯苯、过氧化苯甲酰和液蜡混合组成的油相。调节搅拌速度至合适的粒度，升温至80℃反应12h。然后冷却2h，过滤，用热水洗涤聚合物。再用丙酮抽提8h，最后在温度60℃、真空度1333pa下真空干燥2h，即得白球。其中，苯乙烯∶二乙烯苯∶过氧化苯甲酰∶液蜡(质量比)＝1∶0.05～0.2∶0.01～0.02∶0.5～0.8。

B)在三口烧瓶中，加入一定量的白球，用氯甲醚进行溶胀，然后分批加入催化剂氯化锌，搅拌，在温度为30～50℃下反应12h。冷却后，过滤，用丙酮抽提8h，然后在60℃、真空度1333pa下真空干燥2h，得到氯甲基化大孔聚苯乙烯-二乙烯苯共聚物(氯球)。其中，白球∶氯甲醚∶氯化锌(质量比)＝1∶4～8∶0.2～0.6。