[发明专利]一种制备介孔硅修饰的三价钛自掺杂二氧化钛纳米管光电极的方法

说明书

本发明公开了一种制备介孔硅修饰的三价钛自掺杂二氧化钛纳米管光电极的方法，包括以下步骤：步骤A:TiO₂纳米管光电极制备；步骤B：功能化介孔分子筛/TiO₂纳米管复合光电极制备：B1）介孔分子筛的制备；B2）介孔分子筛的改性；B3）复合光电极制备。本发明通过对介孔分子筛的选择和改性，基于介孔硅表面性质易调、抗生素吸附能力强，不影响光吸收，制备出吸附‑光电催化协同梯形，实现饮用水中低浓度抗生素彻底、高效、低能耗的去除。

技术领域

本发明属于纳米管光电极的制备技术领域，具体涉及一种制备介孔硅修饰的三价钛自掺杂二氧化钛纳米管光电极的方法。

背景技术

人类活动和工业进程加剧了地下水和地表水的污染，供水厂常规处理工艺(混凝/沉淀/过滤/消毒)在以微污染水源作为处理原水时，很难保证出水水质达标。而随水质分析技术的改进，水源水和饮用水中测得的微量有机污染物质的种类逐渐增多，此类物质是以痕量浓度（ng/L或μg/L）广泛存在于环境水体中的一类有机污染物的总称，主要包括内分泌干扰物、个人护理品及药品和其他新兴化合物等。抗生素及其代谢产物对水生生物有潜在毒理风险，破坏水生食物链的能量传递，进而影响高营养级生物及水生态系统健康。另一项调查结果也显示，儿童和孕妇尿样中有多种抗生素检出，其中部分已在临床上禁用，而抗生素暴露与儿童肥胖、性早熟等相关。抗生素通过饮水或食用水产品等途径进入人体和动物体内后无法完全代谢，滥用抗生素将会导致肠道菌群失衡进而造成免疫力逐渐降低。而随着经济的快速发展人们对于饮用水水质的要求显著提高，《生活饮用水卫生标准》中的水质指标也在逐渐完善，因此，亟需建立有效的饮用水安全保障体系。

目前我国在民用饮水水质安全保障方面主要采用的技术包括：活性炭吸附过滤技术、膜分离技术、软化水技术等。活性炭的吸附作用可以有效去除水中氯、有机物、浊度、色度和嗅味等，但是对抗生素等低浓度有机物处理效率较低。膜分离技术分为微滤、超滤、纳滤和反渗透等，可去除大部分水中对人体有害的物质，但同时也去除了水中的矿物质。然而医学研究表明，孕妇和婴儿不宜长期饮用纯水。软化水技术利用阳离子交换树脂降低水的硬度，改善饮用水水质和口感。现今，饮用水深度处理研究重点在于不仅可以去除水中对人体有害物质，也可同时保留水中对人体健康有益的矿物质。纳米材料光催化氧化技术是一种新型的高效、节能、环保的高级氧化技术，因其反应速度快，处理效率高，可实现污染物的彻底矿化而受到青睐，在光催化氧化技术中光电催化氧化技术不仅克服了粉末光催化过程中非均相光催化剂难以分离和循环利用的不足，并且还可借助外加电压加速光生电子-空穴对的分离，是一种高效且具有前景的降解水中有机污染物的方法。光电催化处理水中微污染有机物时，传统光电极较低的吸附能力导致了光电催化反应的慢反应动力学问题。因此，为克服现有光电催化材料难以兼具强吸附和光电催化性能的缺点，构建集高吸附/光电催化双功效于一体的新型光电催化材料是具有应用潜力的研究方向之一。用于降解痕量有机污染物的光催化材料多数为吸附剂/光催化剂的复合材料，如氧化石墨烯/二氧化钛复合材料等，在复合光催化剂中两种不同的材料分别发挥了吸附和光催化降解功能，但缺点是易于导致吸附和光催化两种功能产生相互抑制。因此，如何在不影响光吸收能力的前提下提高光电极的表面抗生素浓度成为光电催化降解饮用水中微量抗生素的关键。设计高吸附/光电催化活性材料用于饮用水中抗生素降解体系，十分有必要。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明设计的目的在于提供一种制备介孔硅修饰的三价钛自掺杂二氧化钛纳米管光电极的方法。

本发明通过以下技术方案加以实现：

一种制备介孔硅修饰的三价钛自掺杂二氧化钛纳米管光电极的方法，包括以下步骤：

步骤A:TiO₂纳米管光电极制备：

A1）将Ti片放入由硝酸-氢氟酸-去离子水的混合洗液中对Ti片表面进行化学抛光；

A2）将抛光后的Ti片从混合洗液中取出，依次在丙酮、乙醇、去离子水中超声清洗，在空气中自然干燥；