[發明專利]一種孔徑控制選擇性去除鄰苯二甲酸酯類污染物的光電催化材料和處理方法

在審

• 申請號: 201911111774.0
• 申請日: 2019-11-14
• 公開（公告）號: CN110947373A
• 公開（公告）日: 2020-04-03
• 發明（設計）人: 趙國華;張京;湯波
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: B01J21/08
• 分類號: B01J21/08;C02F1/30;C02F1/461;C02F1/72;C02F101/34
• 代理公司: 上海德昭知識產權代理有限公司 31204
• 代理人: 盧泓宇

本發明涉及一種孔徑控制選擇性去除鄰苯二甲酸酯類污染物的材料和處理方法。該光電催化氧化陽極材料采用以下方法制備而成：先制備一維有序的二氧化鈦納米陣列，再在其表面以蒸發誘導?溶膠凝膠法修飾孔徑可控的二氧化硅，選擇不同碳鏈的烷基三甲基氯化銨作為致孔劑進行孔徑控制，改變電極在前軀體溶液中的浸漬時間以調節二氧化硅的包覆厚度，得到了尺寸、孔道均可控的具有分子篩功能的光電催化劑。將負載孔徑可控二氧化硅的二氧化鈦電極作為工作陽極，用于復雜污染體系中鄰苯二甲酸酯類的選擇性光電催化氧化去除。與現有技術相比，本發明的電極具有優異的光電催化活性和尺寸篩分功能，可實現對復雜體系中目標污染物的選擇性高效光電催化氧化去除。

技術領域

本發明涉及一種光電催化材料，具體涉及一種孔徑控制選擇性去除鄰苯二甲酸酯類污染物的光電催化材料和處理方法，屬于水污染控制工程領域。

背景技術

鄰苯二甲酸酯類化合物(表示為PAEs)是一類在濃度很低情況下具有高毒性的內分泌干擾物，由1個剛性平面芳烴和2個可塑的非線性脂肪側鏈組成。PAEs主要通過食物鏈、呼吸和直接接觸進入人體，揮發性低，具有嚴重的致癌作用和胚胎毒性，對胰臟和腎臟具有嚴重損害功能。此外，由于不同介質中的PAEs會通過大氣沉積、土壤浸潤、雨水沖刷等方式進入水環境并發生累積，其在水環境中的污染尤為嚴重。一些傳統去除鄰苯二酯類的方法，例如微生物降解法對菌株的培養篩選費時費力，操作條件復雜，且對可生化性差的PAEs 難以降解，馴化時間長；吸附法并不能從根本上礦化有機污染物使其達到無害化標準會對環境造成二次污染；電催化氧化法是綠色高效，對水體中低濃度污染物的去除具有明顯的優勢。但是，在實際廢水體系中，由于光電催化方法(代表為PEC)是基于羥基自由基的無差別礦化來去除污染物，而低濃度的PAEs分子通常與高濃度的天然有機物(表示為NOMs)共存，無差別礦化會使這些高濃度的大分子污染物因寒冷優勢占據催化劑表面大部分的活性位點，導致低濃度的PAEs 無法得到有效的去除。因此需要構筑具有選擇性識別一類目標污染物的催化劑，才能實現在復雜體系中實現多種PAEs的選擇性氧化降解。

如果能夠利用特殊的功能化如利用孔道篩選作用，設計具有特定孔徑的光陽極，利用尺寸篩分方法從復雜體系中篩選出較小尺寸的物質，以進行吸附和去除，那么就能夠實現在大分子NOMs存在下對尺寸較小的PAEs的選擇性光電催化氧化去除。許多研究表明二氧化鈦 (表示為TiO₂)因其在反應條件下具有高光催化活性，無毒性，低成本和光化學穩定性，在廢水中去除有機或無機污染物領域已被用作有前景的環保型光催化劑。使用TiO₂作為基質材料，則有兩種選擇來構造可實現孔徑篩分去除干擾物中目標分子的孔道結構。一種是直接合成介孔結構的TiO₂，然而此結構熱穩定性較差，在煅燒過程中容易發生介孔結構的坍塌。另一種方法是吸附劑與TiO₂的復合。二氧化硅(代表為SiO₂)因其具有大的比表面積和孔體積，高的熱穩定性和機械性能，合成方法簡單且形態易于控制而成為常用的候選材料，與TiO₂復合后，不僅吸附能力大幅增強，光電催化反應活性也有所提高。此外，將尺寸可控的介孔SiO₂包覆在TiO₂表面會有效抑制大分子有機物吸附到光電催化劑表面，且不影響較小分子目標污染物的擴散。作為典型的非均相催化反應，目標污染物的優先吸附可以大大促進后續 PEC的降解速度。

發明內容

本發明是為了解決上述問題而進行的，目的在于提供一種孔徑控制選擇性去除鄰苯二甲酸酯類污染物的光電催化材料和處理方法，負載孔徑可控二氧化硅的二氧化鈦(表示為SiO₂@TiO₂ NAs)電極具有優異的光電催化活性，該方法既可實現在單一體系中高效去除PAEs，也可實現在復雜體系中選擇性光電催化氧化去除PAEs。