[发明专利]可降解苯系物的改性纳米TiO<sub/>2光催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于催化氧化剂及其制备技术领域，特别涉及一种可降解苯系物的改性纳米TiO₂光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

苯系物属于难降解的有毒有机污染物，广泛用于医药、农药、造纸、洗涤剂、油墨、皮革、高档涂料、塑料、染料和日用化学品等行业，以不同的浓度普遍存在于水体、土壤、空气中，通过呼吸、食物和直接接触进入人畜体内，引起“三致”疾病。

苯系物的环境处理方法有吸附法、活性污泥法、电化学和催化氧化法。锐钛矿型TiO₂具有催化活性较高、化学性质稳定、安全、价格低廉等优点，在日光照射条件下可诱导H₂O分子电离出氢氧自由基（·OH），可分解几乎所有的有机污染物，生成CO₂和H₂O，是最有开发前景的绿色环保催化剂之一。将TiO₂超细化成纳米态还可以大大提高其光催化活性，但纳米二氧化钛粒子比表面积大，配位严重不足，而且Ti-O键的不平衡使其极性很强，极易相互团聚，影响其实际使用效果；有研究证实，比起水中悬浮颗粒物（SPM），纳米态的TiO₂粒子在水体中容易迁移、不易沉降，有显著增加鲤鱼体内富集As（Ⅲ）、As（Ⅴ）和Cd等的风险；另外，纳米TiO₂粒子还具有造成遗传损伤的风险。

现有技术如中国专利CN102205253公布了一种在可见光下具备高活性的可负载型光催化材料及其制备方法：先用溶胶-凝胶法制备PVA-TiO₂复合膜，聚合物与无机物之间以化学键相结合，形成相互交联的网状结构，再负载于各种无机载体上。该复合材料发展了TiO₂的带隙，拓宽了光响应范围，提高了太阳光的利用效率，且制备工艺简单、快速、方便、成膜性能良好、节省成本，但仍存在负载作用力较弱，在长期循环使用过程中无法避免TiO₂纳米粒子流失的不足；中国专利CN102527439公布了一种具有光催化活性的聚合物/TiO₂杂化膜的制备方法，实现了TiO₂纳米粒子在聚合物薄膜中的化学负载，不仅有效改善了纳米粒子的团聚，而且在光催化结束后，所述杂化膜可以直接从有机污染物溶液中取出，纳米粒子得到回收，解决了传统负载方法难以解决的在长期使用过程中TiO₂纳米粒子的流失问题，保证长期使用中较高的光催化活性，且工艺简单，但其杂化膜的基膜纤维直径从原生粒径的2～50nm增加到100～300nm，限制了光催化活性的提高。综上所述，如何克服现有技术存在的不足已成为催化氧化剂领域亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足而提出一种可降解苯系物的改性纳米TiO₂光催化剂及其制备方法和应用，本发明在水性体系中具有良好的分散相容性，对苯系污染物降解率高，可重复利用性强，广泛适用于苯系污染物的处理。

本发明的技术方案：

可降解苯系物的改性纳米TiO₂光催化剂，其特征在于由以下步骤制备而得：

（1）在装有有机溶剂的反应器中依次加入纳米TiO₂粉体、十六烷基三甲基溴化铵，经超声分散搅拌均匀后，搅拌升温至90-130℃，滴加环氧化物，滴加完毕继续反应2.5-8.0h，反应完成后将反应液冷却至室温，边搅拌边滴加质量分数为50%的KOH水溶液，加水溶解生成的盐，抽滤，滤饼用蒸馏水洗涤，干燥，其中：有机溶剂、纳米TiO₂粉体、十六烷基三甲基溴化铵、环氧化物、质量分数为50%的KOH水溶液、溶解水和蒸馏水的质量比为（3-10）：1：(1/100-1/25)：(1/20-1/2)：（1-20）：（2-10）：（30-100）。

（2）在反应器中依次加入步骤（1）所得产品、质量分数为70%的二甲亚砜水溶液、二氯甲烷、质量分数为80%的高氯酸水溶液，室温搅拌36h，将反应液用乙酸乙酯稀释，水洗，干燥得白色晶状粉末，即为可降解苯系物的改性纳米TiO₂光催化剂成品，其中：加入的步骤（1）所得产品、质量分数为70%的二甲亚砜水溶液、二氯甲烷、质量分数为80%的高氯酸水溶液、乙酸乙酯和水的质量比为1:（30-100）：（20-100）：(1/30-1/10)：（50-100）：（40-100）。

可降解苯系物的改性纳米TiO₂光催化剂的制备方法，包括以下步骤：