[发明专利]{001}晶面可控暴露的二氧化钛光电极的制备及应用

说明书

本发明涉及{001}晶面可控暴露的二氧化钛光电极的制备及应用，以钛板为钛源，以氢氟酸为封端剂，通过水热方法在钛基底上原位生长TiO₂花状微球结构，其{001}晶面暴露比为0％～100％，制备得到的{001}TiO₂/Ti光电极可以应用在邻苯二甲酸二甲酯废水光电催化氧化降解中。与现有技术相比，本发明制备的{001}晶面可控暴露的{001}TiO₂/Ti光电极具有高效的光电催化性能(光电流密度最高达到0.74mA/cm²)，在8小时内对浓度为5mg/L的邻苯二甲酸二甲酯去除率最高可达到94.3％。这一电极材料和技术适用于邻苯二甲酸酯类污染物的光电催化降解领域。

技术领域

本发明涉及环境污染处理技术和材料化学领域，尤其是涉及一种{001}晶面可控暴露的{001}TiO₂/Ti光电极在高效催化氧化去除邻苯二甲酸酯中的应用。

背景技术

邻苯二甲酸酯类化合物(Phthalates esters，PAEs)是一种普遍使用的人工合成的对人体健康有严重危害的典型内分泌干扰物，其作为塑料的一种改性添加剂，以增大塑料的可塑性和强度，在工业上被广泛用作合成橡胶、油漆溶剂等的增塑剂。且PAEs具有难溶于水、挥发性低、耐低温等特点，被用作农药、化妆品、涂料、润滑剂等的生产，在人类使用塑料产品过程中，通过呼吸、饮食、皮肤接触进入人体，对人体的生殖系统、心血管系统、肝脏和内分泌系统产生重要的影响。PAEs以范德华力和氢键与塑料分子结合，因此随着人类使用塑料产品，PAEs极易转移进入环境中，在大气、土壤、水体及生物体内广泛存在，成为环境中无所不在的污染物。尤其在我国，PAEs使用量大，水环境污染严重，很多水体中的PAEs严重超标，威胁用水安全和生命健康，PAEs已成为当前我国最受关注的主要污染物之一。邻苯二甲酸二甲酯(DMP)是一种典型的邻苯二甲酸酯，在我国长江、黄河、黄浦江、松花江、巢湖等水体及水厂出水中均监测到邻苯二甲酸酯，从调查结果看，主要为DMP等5种，而DMP、DBP和DOP也被我国列为优先监测污染物黑名单。因此去除水体中的DMP具有重要的环境意义。

基于TiO₂等半导体催化剂的光电催化技术，已被证实可以有效去除水体中邻苯二甲酸酯类污染物。光电氧化反应是在光电化学体系中，通过施加电场，促使光生电子转移到阴极，利用这种方法抑止电子、空穴的简单复合，从而提高光催化氧化的量子化效率。由于光电催化反应本身是一个界面反应，污染物经过扩散，吸附于催化剂表面的同时，立即发生催化氧化反应。因此催化剂表面的特性，空穴的累积量，催化剂在表面的吸附状态都极大地受催化剂表面性质的影响，从而极大地影响整个反应的路径和速率。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种{001}晶面可控暴露的{001}TiO₂/Ti光电极在高效光电催化氧化降解有机污染物方面的应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

{001}晶面可控暴露的二氧化钛光电极的制备方法，以钛板为钛源，以氢氟酸为封端剂，通过水热方法在钛基底上原位生长TiO₂花状微球结构，TiO₂尺寸约在500nm至1μm，形状为花状微球结构，其{001}晶面暴露比为0％～100％，具体采用以下步骤：

(1)将钛板在硝酸、氢氟酸和水混合得到的抛光液中化学抛光，去除表面油脂、杂质及金属氧化物；

(2)将化学抛光后的光洁钛板放入氢氟酸和水混合得到的反应液中进行水热反应；

(3)样品取出清洗干燥后，在空气氛围中进行煅烧即可。

步骤(1)中所述硝酸、氢氟酸和水的体积比为2:1:6～4:1:6，作为优选的实施方式，硝酸、氢氟酸和水的体积比优选3:1:6。