[发明专利]基于纳米TiO2协同光催化消解的总磷快速测定方法

说明书

技术领域

本发明涉及环境监测技术领域，是一种氧化消解总磷的方法。

背景技术

总磷指的是水样经消解后将各种形态的磷转变成正磷酸盐后测定的结果，以每升水样含磷毫克数计量。水中磷可以元素磷、正磷酸盐、缩合磷酸盐、焦磷酸盐、偏磷酸盐和有机团结合的磷酸盐等形式存在。总磷是评价水体污染的重要指标，反应了水体富营养化的程度。而水体中各种形态的磷还不能直接测定，必须通过某种氧化消解方法使之转化成溶解态的无机磷酸盐才能进行测定。为了实现总磷的准确测定，氧化消解既是重点，又是难点。目前，我国及其欧盟消解总磷的标准方法均采用的过硫酸钾氧化消解法和硝酸-高氯酸氧化消解法。过硫酸钾氧化消解法是在高温高压条件下，利用过硫酸钾溶液分解产生的氢离子和原子态氧的特征，将水体中各种形态的磷氧化消解成正磷酸盐。再联用钼酸铵显色体系达到检测总磷的目的。此法虽然操作简单，但是需要的条件苛刻且耗时耗能。硝酸-高氯酸氧化消解法是先将硝酸和水样反复加热浓缩然后冷却，达到一定程度后再加入高氯酸加热浓缩，对水体中各种形态的磷达到氧化消解的目的。此法虽然氧化消解率高，但消解时间过长，产生的浓酸烟雾危害健康，易爆炸，强酸的腐蚀性等都局限了此法在实时在线检测方面的用处。所以两者均不满足现场快速测定的要求。

近年来，为了克服现有总磷氧化消解需要高温高压和浓酸的不足而发展了一种以光催化氧化为基础的新型技术，其原理是：由于光催化剂的能带不连续，在其价带和导带之间存在禁带，当入射光能量大于其禁带宽度时，价带上的电子跃迁至导带，从而价带上形成空穴而导带则有负电子，在紫外光的照射下产生电子-空穴对，光生空穴可氧化吸附在催化剂表面的水产生羟基自由基，空穴与羟基自由基都具有强氧化性，从而将各种形态的磷氧化消解生成无机磷酸盐。目前，光催化氧化法采用的光催化剂有粉体和薄膜两种形式。粉体是将光催化剂颗粒分散在溶液中，薄膜是将光催化剂负载在其它固体物质上；前者因粉体影响光学检测，测定时需过滤或离心分离光催化剂，后者制备难度大、氧化能力低，这些都不适于现场快速测定。

由于各种形态的磷无法直接测定，所以水体中总磷的测定分为两个步骤：氧化消解和显色。氧化消解是将水体中各种形态的磷转化为可以比色检测的正磷酸盐，显色是指结合多种物质和办法使得与磷酸根离子形成的缔合物在紫外-可见范围内有较强的特征吸收，对于磷酸根显色报道已有很多，因此对总磷测定步骤的难点在于如何建立一个氧化消解率高的，在常温常压下就能对目标化合物进行消解的体系。对于各种形态磷的光催化氧化消解研究已有很多，但大多都存在氧化率低，需离心分离，操作繁琐，消解时间长等缺点，不利于实时在线监测。

发明内容

鉴于此，本发明的目的是针对现有总磷光催化氧化消解法存在的问题，提供一种基于纳米TiO₂协同光催化消解的总磷快速测定方法，采用一种氧化能力强且无需分离的氧化消解法，在短时间内实现各种形态的磷转化为正磷酸根，再联用磷酸根显色体系进行光学检测，使总磷的现场快速测定成为可能。

为达到上述目的，本发明提供了一种纳米光催化剂和辅助催化氧化剂的复合体系来实现对各种形态的磷的氧化消解，其采用纳米光催化剂和辅助催化氧化剂结合，在光照和酸性介质条件下对各种形态的磷进行氧化消解。

氧化消解体系是由两种基本组分和酸性介质组成，两种基本组分包括纳米光催化剂和辅助催化氧化剂。在氧化消解过程中，纳米光催化剂在紫外光照射下吸收光能，诱发电子跃迁至导带形成电子-空穴对，光生空穴氧化一部分含磷物质，其对应的电子被辅助催化氧化剂接受，另外，辅助催化氧化剂本身也会氧化一部分含磷物质，因此氧化消解体系具有极高的氧化能力。

纳米光催化剂是指纳米大小、能吸收光能产生电子-空穴的纳米TiO₂，纳米光催化剂的量是确定复合体系氧化能力的一个重要因素，它的量越大，氧化效率越高，但含量太高会存在严重的光散射和分散不均的问题从而干扰光学检测。本方法中其浓度范围为0.1～10mg/L。

辅助催化氧化剂是具有氧化性、并具有良好光稳定性的一类物质，包括Fe₂(SO₄)₃、Sncl₄、Ce(SO₄)₂等。辅助催化剂的量也是决定复合体系氧化能力的因素之一，它的量越大，氧化能力越强，但含量太大，会使光学检测的背景吸光度过高。本方法中其浓度范围为0.05～5mM。