[發明專利]一種光催化防治藻類水華的產品及方法

在審

• 申請號: 202110438111.0
• 申請日: 2021-04-22
• 公開（公告）號: CN113181892A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 徐穎峰;楊宇欣;吳夢然;肖咪;馮華軍
• 申請（專利權）人: 浙江工商大學
• 主分類號: B01J21/06
• 分類號: B01J21/06;B01J37/10;B01J37/06;B01J37/00;C02F1/30;C02F1/72
• 代理公司: 杭州合信專利代理事務所(普通合伙) 33337
• 代理人: 黃平英

本發明公開一種光催化防治藻類水華的產品及方法，將半導體光催化膜漂浮于藻類水華污染的水體表面，光照條件下殺滅藻類，半導體光催化膜為無襯底、正反面均為半導體氧化物的光催化薄膜；厚度為0.1um～10um。半導體光催化膜制備方法為：將襯底加入低濃度的有機金屬鹽溶液中，水熱反應制備得到長在襯底上的膜；將所得膜從所述襯底上剝離得所述半導體光催化膜。本發明的新型半導體光催化膜體系，相比于光催化技術治理藻類水華中的傳統粉體式和浮體式體系，其無需基底即可漂浮于水體表面，可對藻類水華產生明顯抑制作用，實現了光催化治藻體系低成本、高效率、可回收的多重目標。

技術領域

本發明涉及有害藻類水華治理技術領域，具體涉及一種光催化防治藻類水華的產品及方法。

背景技術

由于湖泊中過量營養元素的排入，使得藍藻等浮游植物異常繁殖，發生水華現象。有害藻類水華對生態環境和人類社會具有嚴重危害，其釋放的具有高毒性的微囊藻毒素(MCs)，嚴重威脅湖泊水源地的供水安全和人類健康，使水華的治理成為環保領域極其重視的研究熱點。傳統的治藻技術主要包括物理、化學及生物法，但物理法經濟成本高、長期效果差，化學法存在二次污染、藻毒素無法降解，生物法治理時間長，因此亟需開發一種低能耗、效率高、環保無污染的高效滅藻技術。

近年來提出的光催化治藻技術有望解決以上問題，其能夠彌補傳統治藻技術無法降解藻毒素的缺陷，并保留傳統技術的綜合優勢。目前的光催化體系主要分為粉末型和漂浮型兩種類別，但粉末型體系難以回收利用(貴金屬成本昂貴)，浮體型光催化體系的遮光缺陷以及在水體中面臨的浸出問題仍然有待優化。因此，如何優化光催化材料體系是當前光催化治藻技術的重點研究方向。

發明內容

本發明提供一種新型半導體光催化膜，并基于此光催化膜構建防治藻類水華體系，用于防治有害藻類水華污染的水體，實現了光催化治藻體系低成本、高效率、可回收的多重目標。

本發明的半導體光催化膜防治藻類水華方法，通過制備光催化膜體系，首先，將藻細胞吸附富集至光催化膜表面的活性位點；其次，利用光催化膜體系在可見光下高效的光能利用效率和催化活性，光激發半導體產生電子(e^-)和空穴對(h⁺)，并誘導水分子或溶解氧分子形成OH·和·O₂-等活性自由基(ROS)，過量的ROS進一步致使藻細胞的抗氧化機制瓦解、光合色素降解、活性酶受到抑制，最終實現藻細胞滅活的目的。

一種半導體光催化膜的制備方法，包括：

將襯底加入低濃度的有機金屬鹽溶液中，進行水熱反應；水熱反應過程中通過異相成核生長在襯底上形成膜；通過熱酸處理將所述膜從襯底上剝離，制得所述半導體光催化膜。

可選的，所述有機金屬鹽溶液的配制為將有機金屬鹽溶解于有機溶劑中；所述有機金屬鹽為鈦酸四丁酯、四氯化鈦、檸檬酸鐵或鎢酸鈉，所述有機溶劑為醋酸、丙烯酸或丁二酸。通過將低濃度金屬鹽溶解于有機溶劑中，抑制其水解及均相形核生長、使其傾向于在襯底上生長，異相成核生長在襯底上以形成膜。進一步地，所述有機金屬鹽溶液中有機金屬鹽的質量百分比濃度為0.5％～1.5％。

可選的，所述襯底為ITO導電玻璃、鋁酸鍶鉭鑭(LSAT)、氧化鋯(YSZ)晶片或摻雜氟的SnO₂導電玻璃。

可選的，所述水熱反應的條件為：100-200℃下水熱10-20小時。

可選的，熱酸處理將所述膜從襯底上剝離的步驟包括：將帶膜的襯底置入酸液中，加熱到140℃～160℃，保溫0.5-2小時后快速冷卻；所述酸液包括鹽酸、硝酸或硫酸，酸液的質量百分比濃度范圍為40％-60％。

通過熱酸腐蝕膜與襯底形成的界面，快速冷卻使膜能從界面上剝離。所述快速冷卻的方法可采用空氣冷卻法、水浴冷卻法、混合冷卻法、冰袋冷卻法等。