[發明專利]一種復合半導體光催化反應器的制備與應用

無效

• 申請號: 201410057556.4
• 申請日: 2014-02-20
• 公開（公告）號: CN103910409A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發明（設計）人: 周彥波;顧曉晨;張汝壯;劉嘉南;趙泫然;沈歆恬;王正陸;魯軍
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: C02F1/32
• 分類號: C02F1/32;C02F1/28;B01J31/34;B01J31/28;B01J31/38
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技術領域

本發明涉及環境污染治理技術領域，尤其涉及一種復合半導體光催化反應器的制備與應用。?

背景技術

增塑劑是一類典型的環境內分泌干擾物，工業上被廣泛使用的高分子材料助劑，在塑料加工中添加這種物質，可以使其柔韌性增強，容易加工，可合法用于工業用途。普遍用于塑料行業，具有激素活性，為環境激素的一種。若在環境，食品或玩具中超標，會損害動物及人類的兩性特征及生殖功能。再加上廢舊橡膠、塑料制品在自然條件下很難降解，如何降低日常用品中的增塑劑含量已經成為人們共同關注的問題，亟待解決。?

目前越來越多的研究者將高級氧化技術，例如直接光解，光催化應用到環境內分泌干擾物的治理這一領域。基于紫外線照射是飲用水處理的常規方法，并且光解是在自然水域中的有機物質主要的非生物降解途徑。紫外光解已經成為對有機廢水處理的最廣泛研究的高級氧化方法之一。?

但是有關研究表明增塑劑類化合物通過單一紫外光的直接光解往往得不到效果理想的光降解效率，可以在一些協同存在下提高增塑劑類化合物在紫外體系下的光降解效率。考慮到半導體可以提高紫外光的利用率，本發明利用金屬與環糊精絡合作用產生電子對-空穴，紫外光照射到金屬后，金屬內的電子便發生躍遷，處在激發態的電子可以直接注入環糊精的空穴中，形成具有半導體特性的復合材料，從而克服紫外光利用率低的不足。?

關于在環糊精催化作用下對污染物的紫外光降解研究，有研究表明隨著環糊精的加入，其可與污染物形成一定比例的包結物，從而催化污染物的光降解。基于這點，本發明通過以環糊精包結增塑劑的形式凈化水體。?

本發明使用金屬和環糊精制備成無機-有機半導體復合材料，制備了復合半導體光催化反應器。發明克服了紫外光利用率低的缺點，且對水體中的污染物采取吸附光解同時進行的技術。此外，通過改變pH，溫度等條件，可以實現材料的在線再生，從而得到循環利用，可以長期，穩定地處理飲用水中的環境激素類污染物，凈化水體。?

發明內容

為了克服上述一般光反應器紫外光利用效率低的缺點，本發明提供下述技術方案：?

復合半導體光催化反應器的制備方法：將一定濃度的環糊精及其衍生物與一定種類金屬離子溶液超聲混合完全，密封后加熱磁力攪拌一段時間，烘干，制得具有電子-空穴對的有機-無機復合半導體材料A。用脈沖激光對載體材料進行固載。靶材即樣品A，載體材料為襯底，將襯底經酸，堿及有機溶劑超聲清洗、載氣吹干后，裝至超高真空室可旋轉的樣品臺上，襯底與靶面放置間距為2~4cm，實驗時靶和襯底旋轉，以保持薄膜的均勻性。設置激光器能量密度為60?J/cm²~100?J/cm²，頻率是8?Hz~16?Hz，通過透鏡聚焦后以60°入射到靶材表面上。加熱襯底溫度至400℃~800℃，充入高純氧氣（＞99%）使背景氣壓達到1.3Pa，沉積20~30min后，得到具有半導體特性的、負載了復合半導體材料的催化載體。按同樣的方法制備3~12組材料。將負載了復合材料的3~12組催化載體均勻分布在可旋轉的基座上，催化載體以紫外燈為圓心均勻分布，催化載體中心線與紫外燈中心線的距離為催化載體半徑與紫外燈柱半徑之和的1.2~5倍距離。催化載體可按順時針或逆時針方向旋轉，速率可調。此外，催化載體所在的旋轉基座以紫外燈管為中心以5-200?r/min速度勻速旋轉。

組成和質量百分比含量：催化載體材料組成質量百分含量為70%~80%，金屬離子為5%~10%，環糊精或環糊精衍生物10%~25%。?

其中環糊精或環糊精的衍生物是包括磺丙基-β-環糊精，氨基-β-環糊精，疊氮基-β-環糊精，哌啶-β-環糊精中的一種或幾種的混合物。?

其中所述的金屬是包括六價或四價鉬離子，二價或三價鈷離子，四價鋯離子在內的一種或幾者的混合物。其中，六價鉬離子因含有較多的自由電子數而效果更好。?

其中所述載體材料為陶瓷、玻璃、泡沫鎳或有機類載體，為空心柱或者實心柱，載體材料呈柱形，表面均勻分布呈圓錐形狀的尖齒。其尺寸為30~60cm×5~20mm。?

清洗的酸為鹽酸或氫氟酸，堿為氨水、碳酸鈉溶液或氫氧化鋁溶液，有機溶劑為丙酮，甲醇，乙醇或乙腈中的一種或幾種；載氣為N₂、Ar、He中的一種。?

本發明還進一步涉及本發明的復合半導體光催化反應器在去除水中的增塑劑等環境內分泌干擾物的應用。?

具體操作按下述方法進行：?