[发明专利]基于磁性分子印迹的超声辅助选择性光催化方法及其装置

说明书

本发明公开了基于磁性分子印迹的超声辅助选择性光催化方法及其装置，包括利用磁性分子印迹材料对目标有机污染物进行吸附，通过光催化剂对磁性分子印迹材料所解吸附的目标有机污染物进行光催化降解。本发明借助磁性分子印迹材料的高效选择性吸附能力和磁性分离特性，在磁场的帮助下实现目标有机污染物的富集和转移；在材料设计层面避免了光催化剂与分子印迹层的固载，光催化剂可在超声辅助的条件下，在水中直接地对磁性分子印迹材料所解吸的目标有机污染物进行高效的光催化降解，从而实现对目标有机污染物的高效选择性光催化降解。

技术领域

本发明属于环境污染控制领域，具体涉及基于磁性分子印迹的超声辅助选择性光催化方法及其装置。

背景技术

随着全球工业的飞速发展以及科技的进步，环境污染问题也越来越受到人们的关注。光催化技术能有效地将大气和水体中的污染物降解为无毒的小分子化合物，具有环境友好、反应条件温和、清洁高效等突出的优势，广泛地应用于水污染治理、空气净化、除臭、杀菌、防雾等领域。然而，目前光催化技术仍受到诸多因素的限制，尚未实现工业化的大规模推广应用，其局限性问题之一就是光催化剂对有机物的光催化降解不具有选择性，无法实现水体中低浓度持久性有机污染物分子的优先降解。

分子印迹技术(molecular imprinting technology，MIT)是一种通过特定的键位将模板分子、交联剂、功能单体结合在一起而形成聚合物网络的新兴仿生分子识别技术。从分子印迹技术的高效选择性出发，国内外很多学者为了实现对环境中有机污染物的专一选择性催化降解，尝试将分子印迹技术和光催化技术结合起来，在半导体光催化纳米材料表面包裹分子印迹层，旨在通过制备具有特殊识别性能的分子印迹复合光催化剂，实现对目标有机污染物分子的优先降解。但实际应用中发现，分子印迹复合光催化剂在实际使用中的效果并不理想。究其原因，一方面可能是由于包裹在分子印迹层内部的光催化材料无法高效地捕获光能，对目标有机污染物的光催化降解效率有限；另一方面，伴随着光催化剂对污染物分子的光催化降解，包覆于光催化材料表面的分子印迹层也被一定程度地分解和破坏，一旦催化粒子从分子印迹复合光催化剂中脱落，该材料就难以持续的发挥其选择性光催化性能。

发明内容

针对现有选择性光催化技术中存在的不足，本发明的第一个目的是提供基于磁性分子印迹的超声辅助选择性光催化方法，不仅可有效避免复合材料中分子印迹层易于被光催化剂破坏和失效的缺陷，而且可连续性稳定实现对目标有机污染物分子的优先选择性降解，有利于水体中低浓度有机污染的高效去除。

本发明的第二个目的是提供基于磁性分子印迹的超声辅助选择性光催化装置，通过本装置的设置，使整个选择性光催化过程更加的便捷、高效、自动化程度高，与本公开中的方法配合起来进行有机物的降解，提高了磁性分子印迹材料的使用寿命，可循环多次使用，节约成本。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案包括：

遵从本公开的第一个目的，一种基于磁性分子印迹的超声辅助选择性光催化方法，包括利用磁性分子印迹材料对目标有机污染物进行吸附，通过光催化剂对磁性分子印迹材料所解吸附的目标有机污染物进行光催化降解。

或者，一种基于磁性分子印迹的超声辅助选择性光催化方法，包括将磁性分子印迹材料对目标有机污染物进行吸附，通过光催化剂对磁性分子印迹材料所解吸附的目标有机污染物进行光催化降解，之后通过磁铁将解吸附的磁性分子印迹材料转移后再进行目标有机污染物的二次吸附，如此往复直至将目标有机污染物吸附完全。

可选的，在所述的光催化降解的同时还辅助进行超声处理，所述的超声处理的超声功率为100W，超声频率为40KHz。

可选的，所述的光催化剂选自TiO₂、ZnO、SnO₂、ZrO₂和CdS中的一种或一种以上的混合物。

可选的，所述的磁性分子印迹材料包括以磁性纳米材料为基质、目标有机污染物为模板分子、配合功能单体和交联剂聚合得到磁性分子印迹材料；