[发明专利]一种在模拟太阳光下光催化净化水中全氟辛烷磺酸的方法

说明书

技术领域

本发明属于水处理领域，是关于净化水中持久性有机污染物全氟辛烷磺酸的光催化处理方法，具体为一种利用钒掺杂氧化铋光催化剂在模拟太阳光下催化降解水中全氟辛烷磺酸的方法。

背景技术

全氟辛烷磺酸(PFOS)是一种重要的全氟化表面活性剂，也是其他许多全氟化合物(PFCs)的重要前体。由于PFOS的亲水性和亲油性都很弱，因此被人们大量用于生产纺织品、皮革制品、家具和地毯等的表面防污处理剂。此外，由于其化学性质非常稳定，PFOS可以作为中间体生产泡沫灭火剂、地板上光剂和农药等，也可以用来生产合成洗涤剂、洗发香波及其他表面活性剂产品。PFOS产品的大量使用使其通过各种不同的途径进入到全球范围内的各种环境介质如水体、土壤、大气，并通过食物链传递放大。自2001年Kannan和Giesy等人从极地野生动物体内检出PFOS以来，全球生态系统以及包括人类在内的所有生物体中均发现PFOS污染。一些学者对我国环境介质、野生动物和人体内PFOS浓度水平进行研究发现，我国包括香港在内的十个地区的自来水及地下水、地表水和海水中存在PFOS残留；四川等六个地区的熊猫血清和广州等六个地区海产品中也存在PFOS残留；沈阳等四个地区的人体血清、脐带血和人乳中都检测到PFOS的存在。其中沈阳人体血清内的PFOS水平自1987年到2002年间增长了近千倍。此外，北美、欧洲、日本等也是PFOS污染程度较高、研究报道较多的区域。由于PFOS在环境中普遍存在且不易降解，能长距离的迁移和转运，极易通过食物链在生物体内不断蓄积，可对生物体造成长期的毒性作用。环境科学家们根据目前的初步调查结果，认为PFOS为新的持久性有机污染物(POPs)，且PFOS比国际POPs公约中所列的12种持久性有机污染物在环境中的保留持续时间更长，降解更难，因而在环境和各种生物(含人类)体内的蓄积性也更强。2001年，PFOS被列入美国环保局持久性环境污染物黑名单之列。许多国家环境科学研究机构和政府行政管理部门都非常关注环境PFOS污染问题和它引起的生态效应，PFOS的环境污染的治理将成为今后环境科学领域的热点研究课题。

PFOS分子是由17个氟原子和8个碳原子组成的烃链，烃链末端碳原子上连接一个磺酰基，碳原子原本连接的氢原子全部被氟原子取代。由于氟具有最大的电负性(4.0)，使得碳氟(C-F)键具有强极性并且是自然界中键能最大的共价键之一(键能大约110kcal/mol)。这种化学结构特点使PFOS分子具有很高的稳定性，能够经受强的加热、光照、化学作用、微生物作用和高等脊椎动物的代谢作用而很难降解。PFOS在人体内的半衰期达到5.4年，在环境中25℃温度条件下的半衰期大于41年。研究表明，PFOS即使在浓硝酸溶液中煮沸1小时也不分解。因此，PFOS被认为是目前最难进行降解的物质。

PFOS污染水的修复极为困难。文献中曾涉及的净化技术包括物理吸附法、直接光解法、声化学法、高温热解、微波法以及机械消减技术。物理吸附法包括活性炭、碳纳米管、高分子树脂吸附法等，虽然能简单迅速的去除水中PFOS，但尚需对吸附剂进行二次处理。然而由于PFOS亲水亲油的特性，并具有较高的化学稳定性，因此难于有效地对其回收利用。而其它化学消减技术，或者由于操作复杂、流程繁琐，或者能耗高、费效比低，难以满足实际应用的要求。目前，光催化技术作为一种直接利用太阳光能的清洁技术，越来越受到人们的关注。光催化过程在常温常压下即可进行、条件温和、能耗低、效率高、二次污染小，因此在水环境修复领域受到广泛关注。此外，光催化技术还可用于光解水制氢，因此可实现产能和污水净化并行处理。因此，光催化技术可望成为解决当今世界能源与环境两大问题的突破口，是一种方兴未艾的水环境绿色修复技术。