[发明专利]一种TiO2纳米材料介导的有机污染物可见光厌氧降解的方法

说明书

技术领域

本发明基于TiO₂纳米材料在厌氧条件下的可见光激发性能，建立了一种有机醇试剂作为溶剂相的可见光催化降解新方法。本发明属于水、废水和污水处理领域。

 

背景技术

随着我国工农业的急速发展，大量未经有效处理的有机物被直接排放进入环境，从而对生态安全及人类健康带来严重危害。近年来，随着纳米科技的飞速进步，纳米材料的光催化降解能力受到日益关注并成为研究的热点，并被广泛用于环境有机污染物的修复。其中，TiO₂由于它的高光活性、价格低廉、低毒性、热稳定性和化学稳定性高等特性，已经在许多研究领域受到了广泛的关注。然而，由于二氧化钛的禁带宽度为3.2 eV，只有在紫外光下才能被激发，而紫外光只占太阳光的4%~5%，从而严重抑制二氧化钛对太阳光的利用效率。因此，为了增加TiO₂对可见光的吸收效率，研究人员采取了一系列的措施，对TiO₂纳米材料进行修饰改良，以扩宽其对太阳光谱的利用范围。例如将TiO₂纳米材料与禁带宽度窄的半导体耦合、金属离子和非金属离子的掺杂、贵金属沉积和有机染料的光敏作用等。然而，这些改良方法面临着技术繁琐、成本高、材料稳定性差等缺点阻碍了其大规模生产及实际应用范围。因此，我们需要寻求在不对TiO₂纳米材料进行改性的前提下，提高其对可见光的响应效能的新方法，从而既节约成本又能改进TiO₂对太阳光利用效率，提高TiO₂纳米材料的环境修复应用价值。目前已有较多研究在不对TiO₂改性的前提下，探索TiO₂在可见光下被激发的方法，例如利用光敏化作用以及基团对TiO₂表面的前处理等。但是一方面光敏化剂要求其最低未占有分子轨道（LUMO）必须和TiO₂的导带相匹配，才能将电子转移给TiO₂纳米，而这也极大限制了光敏剂的选择范围；更关键的一方面在于大部分环境有机污染物并不具有光敏性能。这样就使得TiO₂在可见光下的环境修复应用就受到了严重的限制。在我们近期的研究中发现，TiO₂纳米材料虽然在好氧条件下不具有可见光响应性能，但是却可以在厌氧条件下，被可见光激发并用于环境污染物的降解。

通常，纳米材料的光催化降解原理都是在有氧条件的水环境中，通过光激发产生光生电子和空穴，其中光生电子和O₂相结合，生成O₂^-，而空穴和水反应生成·OH。这些产生的自由基能够通过高级氧化降解有机污染物。而在我们的体系中，由于不存在水和氧气，因此其反应机理显著区别于这一机制，不是通常情况下的有氧光催化降解。

另外，很多环境有机污染物如POPs、多溴联苯醚等是不溶于水的。它们的疏水特性使得其在通常的水环境中难以溶解，因而不能和光纳米材料进行有效接触，降低了其降解效能。而在本方法中，利用有机醇试剂代替了水作为反应相，能扩展该新型降解体系的应用范围。

因此本发明基于TiO₂纳米材料在厌氧条件下具有可见光响应性能的新发现，利用有机醇溶液作为溶剂相，建立了一种新型高效的有机污染物厌氧光催化降解体系，显著拓展TiO₂纳米材料在环境污染修复中的应用范围，提高其对疏水性有机污染物的修复能力。

 

发明内容

本发明的目的在于针对传统方法中TiO₂只能利用紫外光进行光催化降解的难题，通过对反应体系和反应条件的改变，建立起一种TiO₂介导的可见光厌氧降解有机污染物的新方法。

    本发明所述方法是通过在厌氧条件下利用可见光激发TiO₂纳米材料，从而实现对溶解于有机醇溶剂中的污染物进行厌氧光催化降解。

通过可见光照射在厌氧条件下利用纳米材料降解有机污染物的方法，按照下面的步骤进行：

一、污染物溶液和纳米TiO₂悬浮液的配制：

（1） 称取适量有机污染物（甲基橙）溶于有机醇溶剂中，配制成20 mg/L的溶液备用；

（2） 配制纳米TiO₂悬浮液：

（3） 将（2）中所配悬浮液置于超声波仪中超声30 min，使得TiO₂纳米材料均匀分散。