[发明专利]一种光催化降解全氟化合物的方法

说明书

本发明属于持久性污染物降解领域，公开了一种光催化降解全氟化合物的方法，包括如下步骤：(a)制备双模型介孔SiO₂材料BMMs，以磷钨酸作为活性组分，通过浸渍法制备得到HPW/BMMs催化剂；(b)向全氟化合物溶液中投加HPW/BMMs催化剂，在常温常压条件下，使用紫外灯对上述溶液进行光照，实现全氟化合物的降解脱氟。本发明方法简单，条件温和，提高了全氟化合物的脱氟率，实现了全氟化合物的有效降解。

技术领域

本发明属于持久性有机污染物降解领域，特别是对水体中全氟化合物的脱氟降解方法。

背景技术

全氟化合物(PFCs)具有良好的表面活性、化学稳定性和疏水疏油性，被广泛应用于纺织、印染、包装、农药、电子和灭火泡沫等民用和轻工业领域。PFCs的大量生产和使用造成了非常严重的环境累积和持久性污染，在造纸废水、电镀废水、印染废水中都能检测到PFCs。其中，全氟辛酸与全氟辛烷磺酸盐是目前应用最广泛的全氟有机物。

全氟化合物的C-F键具有很高的极性，C-F键是所有已知共价键中最强的键，键能高达460KJ/mol，氟离子带有三个未成对电子，可以形成保护性外壳，导致其化学性质十分稳定。常规的生物法与物化法均不能将其有效脱氟，电化学、超声降解对PFCs的降解效果好，但能耗较大，运行费用高，应用不广泛。光催化体系反应条件相对温和可控，通过夺取PFCs结构中C原子上的电子，使得C-C键断裂，但脱氟周期相对较长。因此，开发高效使用的处理技术降解水体中的全氟化合物迫在眉睫。

发明内容

本发明是针对现有的全氟化合物降解技术存在的问题，提出一种高效、安全脱氟降解全氟化合物的方法。磷钨酸是一种绿色光催化剂，活性高、选择性好、无毒、兼有酸性和氧化性，可作为双功能催化剂。BMMs具有明显的双孔结构，比表面积大，以HPW/BMMs作为光催化剂，构建VUV/HPW/BMMs体系，提高脱氟降解水体中的全氟化合物的效率。

为了实现上述目标，本发明所采用的技术方案如下：

一种光催化降解全氟化合物的方法，包括如下步骤：

(a)制备双模型介孔SiO₂材料BMMs，以磷钨酸作为活性组分，通过浸渍法制备得到HPW/BMMs催化剂；

(b)向全氟化合物溶液中投加HPW/BMMs催化剂，在常温常压条件下，使用紫外灯对上述溶液进行光照，实现全氟化合物的降解脱氟。

步骤(a)中催化剂的合成方法为：

(1)将CTAB溶于去离子水中后，加入正硅酸乙酯和氨水，均匀搅拌至溶液全部变成白色凝胶后过滤、干燥；以5℃/min的升温速度从室温升至550℃焙烧6小时，得到基体材料BMMs；

(2)将磷钨酸溶于去离子水中，均匀搅拌，配成溶液；

(3)将步骤(1)得到的基体材料BMMs加入到步骤(2)得到的溶液中浸渍，调节pH≤1，在室温下搅拌1～12小时，反应结束后在25～80℃下蒸发溶剂，得到固体产物；

(4)将步骤(3)得到的固体产物干燥、研磨，然后在氮气氛围下，以5～10℃/min的升温速度从室温升至150～600℃之间的某个温度，并恒温焙烧3-6小时后，氮气氛围下自然降温得到负载有磷钨酸的催化剂。

所述催化剂中磷钨酸的负载率为10％～50％，最佳负载率为40％。

步骤(b)所述催化剂的投加量为0.10g/L～1.00g/L。

步骤(b)所述全氟化合物溶液的浓度范围为5.00mg/L～40.00mg/L。

步骤(b)中混合条件为磁力搅拌5-10分钟。

步骤(b)中的全氟化合物是PFOA或PFOS。