[发明专利]一种利用分子碘可见光降解氯苯酚的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一类环境污染物的处理方法，特别涉及一种利用分子碘可见光降解氯苯酚的方法。

背景技术

随着科学的进步、经济的发展，环境污染成了当今世界上普遍存在而又非常严重的问题。其中，难降解的有毒有机污染物(persistent organic pollutants, POPs)的治理已成为全球亟待解决的环境问题。氯苯酚类化合物是重要的工艺中间体，广泛应用于杀虫剂、除草剂、防腐剂，是化工、农药、制革、造纸和塑料行业废水中典型的有毒难降解有机污染物。这类物质常以很低的浓度存在于空气、水体、果蔬和食品中，当被人和动物通过呼吸和食物链摄入体内时会引起癌变、畸变及雌性化等疾病，为此美国环境保护局和中国环境监测总站已将2,4-二氯苯酚(DCP)、2,4,6-三氯苯酚(TCP)、五氯苯酚(PCP)列入优先控制污染物的黑名单。

自1976年John. H .Carey等采用TiO₂光催化氧化降解多氯联苯来，光催化氧化降解氯苯酚类污染物的研究屡见报道，因其反应条件温和、氧化能力强、适用范围广、无二次污染等独特性能被认为是一种理想的环境污染治理技术。光催化体系主要有UV/H₂O₂，UV/TiO₂，UV/Feton，UV/POM等，它们在紫外光激发下产生价带空穴、导带电子、超氧自由基、氢氧自由基等活性物种，从而导致氯苯酚等发生降解和矿化。但是，这些体系还存在几个关键的科学难题，使其广泛应用受到极大制约。如：（1）只能被波长较短的紫外线激发，而紫外光在太阳光中只占3~5%，人工UV光源相对比较昂贵，且需要消耗大量的电力资源。（2）光激发产生的电子和空穴容易发生复合，而导致光量子效率较低。（3）Fe³⁺和杂多酸（POM）只有在pH较低（pH<3.5）的水溶液中才能稳定存在。因此，寻找高效、稳定且能够利用可见光的新型催化剂是解决目前环境问题的一个关键突破口。金属酞菁在可见光区域有很强的吸收，本发明人在《Chemistry Letter》《Langmuir》等杂志上发表了磺化金属酞菁可见光降解氯苯酚的研究。但是，研究发现酞菁在水溶液中容易光致漂白，而且，光致能量转移产生的单线态氧只能与离子态的氯苯酚反应，即只能在碱性条件下降解氯苯酚。

分子碘溶液在460nm处有良好的吸收。本发明人发现，在可见光激发下，分子碘能发生光解离，而产生碘自由基，碘自由基具有较强的氧化能力[E^o (I^·/I^-)= 1.33V vs NHE]，可以氧化分子态的氯苯酚类有机物。本发明以碘单质或含碘化合物为原料，在H₂O₂和杂多酸作用下，实现分子碘快速再生，在人造可见光源或太阳光照射下，实现氯苯酚的脱氯降解。本发明采用的原料易得、装置简单、适用范围广，是一种具有潜在应用价值的光催化处理技术。

参考资料：

(1) Pera-Titus, M.; Garcia-Molina, V.; Ba?os, M. A.; Giménez, J.; Esplugas, S. Degradation of chlorophenols by means of advanced oxidation processes: a general review. Appl. Catal. B 2004,47, 219–256.

(2) Sen Gupta, S.; Stadler, M.; Noser, C. A.; Ghosh, A.; Steinhoff, B.; Lenoir, D.; Horwitz, C. P.;Schramm, K. W.; Collins, T. J. Rapid total destruction of chlorophenols by activated hydrogen peroxide. Science. 2002, 296, 326–328.

(3) Hoffmann, M. R.; Martin, S. T.; Choi, W.; Bahnemann, D. W. Environmental application of semiconductor photocatalysis. Chem. Rev. 1995, 95, 69–96.