[发明专利]一种基于疏水作用的选择性光催化氧化去除壬基酚的方法

说明书

本发明涉及一种基于疏水作用的选择性光催化氧化去除壬基酚的方法，以三步阳极氧化法结合疏水修饰技术制备得到的疏水性二氧化钛纳米管作为光催化剂，以高压氙灯为激发光源，在持续向降解池泵入空气的条件下，对降解池内的壬基酚水溶液进行光催化氧化去除。通过对催化剂表面的疏水改性，在表面构筑全氟硅烷疏水层，增强了疏水性污染物壬基酚在催化剂表面的吸附，促进其催化氧化效果的提升。相比于亲水性的二氧化钛纳米管催化剂，疏水修饰的二氧化钛纳米管催化剂对壬基酚具有更好的降解效果，40分钟内壬基酚的去除率约为100％，去除效率提升了约15％左右；并且水中共存的亲水性污染物对壬基酚的氧化去除效率影响很小，体现了良好的选择性光催化氧化能力。

技术领域

本发明属于环境污染处理技术和光催化技术领域，尤其是涉及一种基于疏水作用的选择性光催化氧化去除壬基酚的方法。

背景技术

壬基酚(nonylphenol,NP)是一种重要的精细化工原料和中间体，是壬基酚聚氧乙烯醚(nonylphenol ethoxylates)的较为稳定的降解产物之一。随着表面活性剂的广泛应用，表面活性剂烷基酚聚氧乙烯醚通过不同途径进入水体，经过污水处理厂的生化过程后转化为壬基酚和辛基酚。研究发现，壬基酚聚氧乙烯醚生物降解后，其产物比其母体毒性更大，对人类和其他生物的内分泌具有干扰作用及毒性，且此类污染物在环境中降解缓慢，易于累积。壬基酚微溶于水，20℃时，溶解度为5.43mg/L，易溶于多种有机溶剂，如丙酮、甲醇、二氯甲烷等。

光催化氧化技术因其反应条件温和，且氧化能力强，在环境污水处理方面已得到广泛的应用，该方法几乎可用于水体中所有污染物的氧化去除，尤其适合于水体中低浓度污染物的去除。但在实际水体中，光催化技术的应用仍受到限制，是因为该技术本身对污染物不具有选择性，几乎能同时催化降解吸附在催化剂表面的所有有机污染物。我们同时又注意到，在实际水体当中有以下三个特点：有机污染物种类多样；污染物亲疏水性各异；污染物的浓度相差大。水中浓度低、毒性高、难降解污染物常与很多浓度高、毒性低的有机污染物共存。由于亲疏水性的差异，那些在水中浓度高的亲水性污染物就会选择性地吸附在亲水性光催化剂表面，从而被优先降解，而真正亟待去除的高毒性的疏水污染物却不能被及时降解。因此我们迫切需要提出或建立一种新型的高效选择性去除低浓度疏水污染物的原理和方法，实现选择性去除水体中低浓度、难生化、高持久性污染物。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于疏水作用的选择性高效光催化氧化去除水中典型的疏水性有机污染物壬基酚的方法，选用具有高催化活性的TiO₂纳米管为基本催化界面，采用结构稳定的全氟取代氟硅烷对其表面进行改性以获得具有表面疏水性的光催化剂H-TiO₂，增强催化材料对疏水污染物的选择性吸附，从而有效地提高TiO₂光催化选择性能和催化氧化效率。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于疏水作用的选择性光催化氧化去除壬基酚的方法，以三步阳极氧化法结合疏水修饰技术制备得到的疏水性二氧化钛纳米管作为光催化剂以高压氙灯为激发光源，在持续向降解池泵入空气的条件下，对降解池内的壬基酚水溶液进行光催化氧化去除，降解池利用恒温水浴装置使反应体系温度始终保持在25-30℃，光源的光照强度保持为200mW/cm²。

疏水性二氧化钛纳米管可用以下方法制备：

(1-1)将纯金属钛板依次用180^#、320^#、600^#砂纸打磨光滑，最后用金相砂纸对其表面进行抛光，保证钛板表面光滑无划痕，之后，用洗洁精清洗干净，并在蒸馏水、乙醇、丙酮中分别超声清洗15min。吹干待用。