[發明專利]{001}晶面可控暴露的二氧化鈦光電極的制備及應用

有效

• 申請號: 201810245972.5
• 申請日: 2018-03-23
• 公開（公告）號: CN108911056B
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 張亞男;韓勝男;黎雷;趙國華
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: C02F1/467
• 分類號: C02F1/467;C02F1/72;C02F1/32;C02F101/34
• 代理公司: 上?？剖⒅R產權代理有限公司 31225
• 代理人: 陳亮

本發明涉及{001}晶面可控暴露的二氧化鈦光電極的制備及應用，以鈦板為鈦源，以氫氟酸為封端劑，通過水熱方法在鈦基底上原位生長TiO₂花狀微球結構，其{001}晶面暴露比為0％～100％，制備得到的{001}TiO₂/Ti光電極可以應用在鄰苯二甲酸二甲酯廢水光電催化氧化降解中。與現有技術相比，本發明制備的{001}晶面可控暴露的{001}TiO₂/Ti光電極具有高效的光電催化性能(光電流密度最高達到0.74mA/cm²)，在8小時內對濃度為5mg/L的鄰苯二甲酸二甲酯去除率最高可達到94.3％。這一電極材料和技術適用于鄰苯二甲酸酯類污染物的光電催化降解領域。

技術領域

本發明涉及環境污染處理技術和材料化學領域，尤其是涉及一種{001}晶面可控暴露的{001}TiO₂/Ti光電極在高效催化氧化去除鄰苯二甲酸酯中的應用。

背景技術

鄰苯二甲酸酯類化合物(Phthalates esters，PAEs)是一種普遍使用的人工合成的對人體健康有嚴重危害的典型內分泌干擾物，其作為塑料的一種改性添加劑，以增大塑料的可塑性和強度，在工業上被廣泛用作合成橡膠、油漆溶劑等的增塑劑。且PAEs具有難溶于水、揮發性低、耐低溫等特點，被用作農藥、化妝品、涂料、潤滑劑等的生產，在人類使用塑料產品過程中，通過呼吸、飲食、皮膚接觸進入人體，對人體的生殖系統、心血管系統、肝臟和內分泌系統產生重要的影響。PAEs以范德華力和氫鍵與塑料分子結合，因此隨著人類使用塑料產品，PAEs極易轉移進入環境中，在大氣、土壤、水體及生物體內廣泛存在，成為環境中無所不在的污染物。尤其在我國，PAEs使用量大，水環境污染嚴重，很多水體中的PAEs嚴重超標，威脅用水安全和生命健康，PAEs已成為當前我國最受關注的主要污染物之一。鄰苯二甲酸二甲酯(DMP)是一種典型的鄰苯二甲酸酯，在我國長江、黃河、黃浦江、松花江、巢湖等水體及水廠出水中均監測到鄰苯二甲酸酯，從調查結果看，主要為DMP等5種，而DMP、DBP和DOP也被我國列為優先監測污染物黑名單。因此去除水體中的DMP具有重要的環境意義。

基于TiO₂等半導體催化劑的光電催化技術，已被證實可以有效去除水體中鄰苯二甲酸酯類污染物。光電氧化反應是在光電化學體系中，通過施加電場，促使光生電子轉移到陰極，利用這種方法抑止電子、空穴的簡單復合，從而提高光催化氧化的量子化效率。由于光電催化反應本身是一個界面反應，污染物經過擴散，吸附于催化劑表面的同時，立即發生催化氧化反應。因此催化劑表面的特性，空穴的累積量，催化劑在表面的吸附狀態都極大地受催化劑表面性質的影響，從而極大地影響整個反應的路徑和速率。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種{001}晶面可控暴露的{001}TiO₂/Ti光電極在高效光電催化氧化降解有機污染物方面的應用。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

{001}晶面可控暴露的二氧化鈦光電極的制備方法，以鈦板為鈦源，以氫氟酸為封端劑，通過水熱方法在鈦基底上原位生長TiO₂花狀微球結構，TiO₂尺寸約在500nm至1μm，形狀為花狀微球結構，其{001}晶面暴露比為0％～100％，具體采用以下步驟：

(1)將鈦板在硝酸、氫氟酸和水混合得到的拋光液中化學拋光，去除表面油脂、雜質及金屬氧化物；

(2)將化學拋光后的光潔鈦板放入氫氟酸和水混合得到的反應液中進行水熱反應；

(3)樣品取出清洗干燥后，在空氣氛圍中進行煅燒即可。

步驟(1)中所述硝酸、氫氟酸和水的體積比為2:1:6～4:1:6，作為優選的實施方式，硝酸、氫氟酸和水的體積比優選3:1:6。