[發明專利]染料敏化光催化劑及在可見光下催化降解離子液體的應用

有效

• 申請號: 201210553859.6
• 申請日: 2012-12-18
• 公開（公告）號: CN103055943A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 于英豪;黃理榮;馬楠;李雪輝;王芙蓉;王樂夫
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B01J31/28
• 分類號: B01J31/28;B01J31/38;B01J31/26;A62D3/17
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 裘暉

技術領域

本發明屬于廢棄物處理領域，特別涉及一種染料敏化光催化劑及其在可見光下催化降解離子液體中的應用。

背景技術

離子液體作為一種新型的綠色溶劑，因其具有獨特的理化性質而被廣泛地應用到有機合成、催化反應、分離科學、電化學、生物化學、物理化學和化學工程等領域。因此關于離子液體的基礎研究已經形成了一股持續而穩定的熱潮。經過二十余年的發展，離子液體現包含咪唑類、吡啶類、季銨鹽類、季鏻鹽類、胍類等約2000種；在離子液體工業化應用方面，BASF基于“離子開關”原理的BASIL工藝，反應效率提高了8萬倍，成為了離子液體大規模應用的成功范例。此外，Eastman?Chemical?Company，IFP，Degussa，以及BP、Exxonmobil、Chevron、PetroChina也都在不同領域開展了離子液體的工業應用研究。

從工業化的角度而言，離子液體作為一類新化學品，如要成功地實現工業化應用，除需要詳細了解其在反應單元中所表現出來的優良性能，還應綜合考慮并對其進行相應的環境風險評價：如離子液體在儲運及應用過程中的穩定性及安全性問題，毒性與降解性問題。研究者發現，某些離子液體對各種藻類、水體微生物、陸生生物以及哺乳細胞系等具有明顯的毒害作用，而且對一些人體中的關鍵酶具有顯著的抑制作用，甚至有研究表明，咪唑類離子液體具有潛在的誘變性與致癌性。此外離子液體在大規模的工業化應用過程中，可能會遇到與其他的化工過程遇到同樣的問題：生產及工業化應用中的跑冒滴漏；意外事故而引發的大規模泄漏；應用、再生過程產生含有離子液體的廢水、廢渣。因此深入研究含離子液體的廢棄物的處理問題，不僅可以為離子液體工業化提供基礎參考數據，而且可以推進環境污染物清潔高效處理技術的深入發展。

化合物的降解按照作用方式的不同，可分為熱解、生物降解、光解等幾種。生物降解雖然是降解有機物的首選方案，但是研究表明，常規的離子液體的生物降解效率非常低，有些甚至無法降解；在光解方面，Morawski等和Katoh等對紫外線降解離子液體行為進行研究，Bosse，Le?Rouzo等采用了伽馬射線為降解光源，考察了在不同的輻射光強、不同含水量及不同降解氣氛下，離子液體[MeBu₃N][Tf₂N]的降解性能。上述研究雖然取得了不錯的降解效率（降解率可以達到70%以上），但是考慮到他們都是采用的實驗室光源，而在整個太陽能中紫外光譜以及其以下波長更短的光譜總能量占比不到5%。而可見光能約占整個太陽能的45%，因此要真正實現利用光解大規模降解在工業化工程中可能產生的廢棄離子液體，就必須要有效地利用太陽能中的可見光部分。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明的首要目的在于提供一種染料敏化光催化劑。

本發明的另一目的在于提供一種上述染料敏化光催化劑在可見光下催化降解離子液體中的應用。

本發明的目的通過下述技術方案實現：一種染料敏化光催化劑，染料敏化光催化劑是先采用浸漬法或原位合成法將光催化劑負載在分子篩上，光催化劑在分子篩上負載量為5～30%，然后對負載后的光催化劑進行染料敏化反應制備得到。

所述光催化劑為金屬氧化物或硫化物的半導體材料；所述分子篩為中孔分子篩；所述染料敏化反應采用的染料為釕多吡啶基配合物染料或純有機光敏染料。

所述光催化劑為TiO₂、ZnO或Fe₂O₃；所述分子篩為SBA-15、SBA-16、MCM-41、13X、NaY、HMS或MSU-H；所述釕多吡啶基配合物染料為N3或N719（兩者可用結構通式cis-RuL₂X₂來表示：X=-N=C=S，N3中L=4,4’-二羧酸-2,2’-聯吡啶，N719中L=4-n-丁基羥胺-4’-羧酸-2,2’-聯吡啶）；所述純有機光敏染料為DCQ（2,9-二氯喹吖啶酮）、香豆素類染料、吲哚類染料或三苯胺類染料。

該染料敏化光催化劑具體按照以下制備方法制備得到：

（1）向溶有0.3～1.5g光催化劑前驅體的乙醇或者甲醇溶液加入1～5g分子篩，60℃下反應3～24h；將反應液抽濾所得固體洗滌后，在80～100℃下干燥6～12h，再在500～600℃下煅燒3～12h，得到光催化劑在分子篩上負載量為5～30%的樣品；