[01160665]用于难降解有机污染物可见光催化氧化的高效率负载型光催化材料研制

在本项目期间按计划开展了以下研究： （1） 二元掺杂可见光响应TiO2光催化剂的研制 纳米TiO2具有高的氧化还原能力、化学性质稳定,对人体无毒和成本低等优点,近年来被广泛应用与空气净化、杀菌及水质净化等方面。然而,TiO2禁带宽度大,只能利用太阳光中的紫外部分（仅占太阳光能3-5%）,此外,光生电子和空穴的高复合机率还会降低光量子产率,这使TiO2作为光催化剂在实际应用中难以大规模推广。采用Mn、N共掺杂TiO2,以期使TiO2吸收波长向可见光方向移动,并使TiO2的光催化活性得到提高。 利用溶胶凝胶方法成功合成了具有可见光响应的过渡金属和非金属共掺杂的TiO2光催化剂,并采用XRD、UV-Vis、XPS、ESR分析方法对可见光TiO2催化剂表面结构进行表征。以罗丹明B为模型考察了催化剂光催化性能,筛选出高效的可见光响应可见光TiO2光催化剂。结果表明：过渡金属和非金属共掺杂的TiO2光催化剂对罗丹明B的可见光催化活性明显优于单一掺杂TiO2及未掺杂的TiO2。非金属的掺杂主要是提高催化剂对可见光的吸收,减小禁带宽度,适量的金属掺杂能够降低催化剂表面电子和空穴的复合机率,同时也可以在TiO2的禁带中引入杂质能级,使TiO2在可见光的激发下也可以产生光生载流子,提高光催化性能。共掺杂TiO2光催化剂中非金属掺杂和金属掺杂效应协同作用,可以大大提高TiO2在可见光下的光催化性能。 （2） 疏水改性分子筛的研制 当前环境内分泌干扰问题已引起世界范围内的关注,它们多具有亲脂性和不易降解等特点,可通过生物富集和食物链的放大作用在体内蓄积,对生态平衡及人类健康可能造成巨大影响,然而,常规的水处理方法不能有效地将其从水中去除。通过有机硅与分子筛表面硅羟基发生反应达到除去亲水性硅羟基而使表面疏水化的目的。采用后移值法,以含氟硅烷为改性剂对介孔分子筛MCM-41进行表面疏水化改性,制备了含氟烷基接枝的介孔氧化硅吸附剂。以难降解有机物邻苯二甲酸二丁酯（DBP）为模型,考察疏水改性分子筛对目标污染物的吸附性能。并通过不同改性剂量、温度和反应时间条件下制备的含氟硅烷为改性的分子筛进行XRD、FT-IR表征和DBP的吸附对比,确定了改性的最佳实验条件。 实验中发现采用含氟硅烷疏水改性后的MCM-41与未改性MCM-41及不含氟的硅烷改性的MCM-41相比,含氟硅烷疏水改性MCM-41对水中DBP具有更高的吸附能力。筛选出具有选择性吸附性能的高效稳定改性介孔分子筛,用此作为吸附剂及光催化剂载体。 （3） 可见光TiO2与疏水化介孔分子筛的复合 用含氟硅烷改性后MCM-41介孔氧化硅吸附剂能显著提高MCM-41的疏水性,对水溶液中强疏水性的难降解污染物具有高效的效果和良好的吸附选择性。然而,用吸附法将污染物去除只是将污染物进行了浓缩和相转移,并不能彻底将其去毒或无害化处理。而TiO2晶体的亲水性表面和较差的吸附性能极大地限制了其最佳光催化效率的开发和利用。将可见光化TiO2光催化剂与吸附剂相结合制得疏水性的复合催化剂,以DBP为模型,研究了复合光催化剂对其光催化降解的特性。 采用溶胶凝胶法制备了可见光响应的金属及非金属共掺杂的TiO2/MCM-41负载型光催化剂,催化剂经含氟硅烷改性,制得疏水化的复合光催化剂,其保留了MCM-41良好的结构性能,掺杂改性TiO2呈细小颗粒高度分散在MCM-41载体表面。由于良好的疏水性吸附性能对溶液中DBP的降解效率显著提高,复合光催化剂对水溶液中目标污染物的高效去除是吸附和光催化协同作用的结果,对水中低浓度有毒有机物进行高效原位吸附-催化降解,同时制备的可见光响应型催化剂能较好利用太阳光作为纳米光催化技术的能源来降解矿化有机污染物,因此无论是从环境净化还是清洁能源利用的角度来说都具有十分重要的意义和广阔的应用前景。 在项目期间,共发表了国内外高水平论文15篇：其中8篇SCI论文,7篇中文核心论文;申请5项专利,并已有1项已获得授权。论文发表数量及申请专利数量均超过预期目标,全面超额完成合同规定的指标。参加第7届环境化学大会、第14届全国太阳能光化学与光催化学术会议及第12届全国水处理化学大会等会议10人次,交流学术成果。培养研究生6名。