[发明专利]一种利用无修饰亲水性TiO2颗粒构建的水包油型皮克林乳液及其制备方法和应用

说明书

本发明属于皮克林乳液的制备及应用技术领域，具体公开了一种利用无修饰亲水性TiO₂纳米颗粒构建的水包油型皮克林乳液及其制备方法和应用。以TiO₂纳米颗粒为乳化剂，染料水溶液为连续相，不溶于水的有机溶剂为分散相，在密封容器中手动振荡或用乳化器进行乳化，得到稳定的水包油型皮克林乳液。其中TiO₂纳米颗粒不需要提前修饰，水溶液中的染料可以起修饰颗粒的作用，使得颗粒兼具稳定剂和催化剂功能。该水包油乳液的制备工艺简单、成本低廉、易于工业化，光催化性能优异并且稳定性良好，能有效解决纳米颗粒的团聚、有效反应面积小、光催化效率低、回收困难等问题，同时将污水中存在的少量油相进行有效利用，在解决实际水污染问题方面具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及皮克林乳液的制备及应用技术领域，具体涉及一种利用无修饰亲水性TiO₂颗粒构建的水包油型皮克林乳液及其制备方法和在光催化降解染料和污水净化中的应用。

背景技术

在现代工业中，染料被广泛应用于纺织品、塑料、油漆、化妆品、食品等的制备，使我们的生活变得五彩缤纷，同时却也对地球水体造成严重的污染，目前已成为人类健康所面临的巨大威胁。光催化技术可以利用半导体为催化剂，太阳光为光源，直接将水体中的有机污染物转变为无毒化合物，因此被视为一种理想的解决水污染问题的有效手段。目前人们多采用粉末分散体系或固定基底体系来进行光催化反应，其中粉末分散体系中催化剂参与反应的表面积大，能够与水体中有机污染物充分接触，然而粉末很容易团聚，且有可能造成二次污染，此外粉末回收需要额外做功，成本很高；固定基底体系可以基本解决回收问题，却牺牲了大量有效反应面积，光催化降解染料效率不高，无法满足工业化实际需求。除染料外，在工业废水和生活废水中还存在不少不溶性有机物，如矿物油、烃类物质、油脂、有机溶剂等等。基于自由能最小化原理，这些废油在水中倾向于形成水包油或油包水乳液，因此很难处理。

有效解决以上问题的方法之一是采用皮克林乳液的概念构建皮克林光催化体系。1907年，Pickering(皮克林)发现表面具有两亲性的胶体尺寸的固体颗粒可以自发地固定在水油界面上，形成稳定的乳液(Pickering S U,J.Chem.Soc., 1907,91,2001-2021.)。当固体颗粒表面具有双亲性且亲水性略大于亲油性时，固体将包覆在水油界面形成稳定的水包油体系。为了降低水、油、固体三相界面的表面张力，固体颗粒将会以单层的形式均匀而紧密地排布在水油界面上，形成热力学稳定乳液体系，被称作皮克林乳液。目前，不少研究小组已成功地将皮克林乳液概念引入光催化领域。乳液体系不仅保证了催化剂颗粒有效反应面积的最大化，还在无基底的情况下限定了催化剂的分布区域(水油界面)，因此同时解决了粉末团聚、有效反应面积小、光催化效率低下、回收困难等几大问题。