[发明专利]一种羰基化碳材料活化过硫酸盐定向产生单线态氧的方法

说明书

一种羰基化碳材料活化过硫酸盐定向产生单线态氧的方法，它涉及一种定向产生单线态氧的方法。本发明是为了解决目前产生单线态氧的方法所使用的光敏剂为有毒有害物质、不利于后续分离和伴随着其他活性氧物种的生成的技术问题。本发明：将羰基化碳材料加入到待处理的污水中搅拌，然后加入过硫酸盐的水溶液，得到混合液，持续搅拌混合液，即可产生单线态氧对污水进行处理；本发明专利为高效、定向产生单线态氧提供了一种新的方法，同时该方法安全、经济、环保，可在生物医学与水处理等领域应用，其市场前景广阔。本发明应用于水处理领域。

技术领域

本发明涉及一种定向产生单线态氧的方法。

背景技术

单线态氧是一种重要的活性氧分子，其分子轨道具有与基态氧分子不同的电子排布，是氧的一种激发态分子的存在形式。由于其活性很高，在物理、化学、环境以及生物医学等领域具有重要的作用，受到了研究者的广泛关注。

目前，产生单线态氧最常见的方法为光敏化法，即光敏剂在光照条件下，跃迁至激发态，其再将能量传递给基态氧分子进而形成单线态氧。然而，该方法目前还存在以下问题：1、通常所使用的光敏剂为有毒有害物质(例如高毒性的卟啉类光敏剂)，因此该方法在生物医学与水处理等领域的应用受到了限制；2、该方法所使用的光敏剂一般为水溶性物质，不利于后续分离；3、该方法在产生单线态氧时，常常伴随着其他活性氧物种的生成(例如超氧自由基、羟基自由基等)，不能高效、定向生成单线态氧。因此，研发安全、环保、经济的新方法以实现单线态氧的高效、定向生成，意义重大。

发明内容

本发明是为了解决目前产生单线态氧的方法所使用的光敏剂为有毒有害物质、不利于后续分离和伴随着其他活性氧物种的生成的技术问题，而提供一种羰基化碳材料活化过硫酸盐定向产生单线态氧的方法。

本发明的羰基化碳材料活化过硫酸盐定向产生单线态氧的方法是按以下步骤进行的：

将羰基化碳材料加入到待处理的污水中搅拌5min～10min，然后加入过硫酸盐的水溶液，得到混合液，持续搅拌混合液，即可产生单线态氧对污水进行处理；

所述的羰基化碳材料中的碳材料为无定形碳材料、sp²杂化的碳材料和sp³杂化的碳材料中的一种或两种杂化方式混合组成的碳材料；

所述的羰基化碳材料为采用物理和化学方法使碳材料表面的含氧官能团定向、定量转变为羰基的碳材料；

所述的混合液中羰基化碳材料的浓度为0.01g/L～5g/L；

所述的混合液中过硫酸盐的浓度为0.1mmol/L～10mmol/L。

本发明定向生成单线态氧的原理是：碳材料表面的羰基中含有一个不饱和双键，具有亲电特性；而过硫酸盐中含有过氧键，具有亲核特性。因此，电子易从亲核性的过硫酸盐转移到亲电性的羰基上，进而生成硫五自由基(SO₅^·-)；由于SO₅^·-自由基自反应的速率很高(2×10⁸M^-1·S^-1)，且活化能很低(7.4±2.4kcal·mol^-1)，极易发生自反应，进而生成单线态氧。与此同时，不会产生羟基自由基和硫酸根自由基等其他活性氧物种。

本发明的优点：

1、借助本发明的方法，首次实现了单线态氧的高效、定向生成；

2、本发明方法在产生单线态氧时，无须添加任何有毒有害物质，整个反应过程绿色、环保，因此可在生物医学、水质净化等领域推广使用；

3、本发明方法所提供的单线态氧发生体系为非均相体系，活化剂与氧化剂均为固体粉末，在实际应用中易于输运、存储、使用与再生回用，活化剂可分离回用，具有较高的经济性。