[发明专利]一种新型Keggin型多金属氧酸盐化合物，其制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种Keggin型多金属氧酸盐光催化剂，尤其涉及一种在可见光范围内具有高催化活性的Keggin型多金属氧酸盐光催化剂。

背景技术

近些年来，随着人口的持续增长和工业的迅猛发展，我国的水污染状况变得越来越严峻。随着我国工业生产的快速发展，大量污染物不断地进入自然界，给自然环境带来了严重的污染。这些污染物大多存在于大气和水体中，其中又以对水体的污染更为严重。我国的水污染，从来源上基本可以分为五类，分别为：工业污染、农业污染、生活污染、航运污染、养殖业污染，其中，工业污染是我国水污染的主要来源。近20多年以来，虽然我国的污水处理程度在不断提高，但污水的年排放量仍在大幅度增加。我国工业废水中，印染废水所占比例较大。由于这类废水成分很复杂，往往含多种有机染料并且毒性大，色度深，pH值变化剧烈、难降解，且水量大，浓度高，所以一直是工业废水处理的难点。印染废水中的污染物质，主要来自纤维材料、纺织用浆和印染加工所使用的染料、化学药剂、表面活性剂和各类整理剂。其中，染料是染整加工时排出废水中影响最大的物质。染料废水水量大，水质随所用染料的不同而复杂多变。废水一般呈碱性，色度很高，COD较高，BOD值较低，可生化性较差。

目前，工业上常用的染料废水处理方法有气吹、混凝、吸附、过滤等，它们具有设备简单、操作简便和工艺成熟易于实现大规模工业化的优点，各种方法比较分析可以看出每种处理方法从经济性，技术性和实用性都有一定的缺陷，上述处理方法只是将污染物浓缩或分离，或是将污染物从液相转移到固相或气相,没有使污染物得到彻底的破坏而实现无害化，不仅没有完全消除有机污染物，需消耗化学药剂，而且不可避免地带来新的废料或造成二次污染。近年来有关污染物治理的研究已由传统的物理法转向化学转化法使污染物得到彻底破坏而实现无害化，如酸碱中和、氧化还原、絮凝沉淀、电解法，生物降解法等，但是这些方法大多具有成本高和时效短等缺点。20世纪70年代，人们将目光转向了效果最为明显的光催化氧化法，有些有机污染物在催化剂的作用下，吸收紫外光或可见光后，会发生裂解、聚合、分解等复杂反应而被矿化为H₂O和CO₂等小分子物质，达到除毒、脱色、去臭的目的，在废水处理领域显示出巨大的应用。光催化氧化技术作为一种高级氧化技术已受到世界范围的关注。

光催化氧化法由于反应条件温和，条件易于控制，氧化能力强、无二次污染引起了学者们的广泛注意和深入研究，其研究对象涉及烃类、多环芳烃、醇、酚、有机酸、卤代脂肪族化合物、卤代芳香族化合物、染料、表面活性剂、农药、挥发性有机物、渗滤液、油类等物质。

目前研究的光催化氧化技术主要以二氧化钛（TiO₂）、Fenton（Fe²⁺/H₂O₂）试剂、多金属氧酸盐（Polyoxometalates,简写为POM）为催化剂。在过去的几十年中，环境工作者的注意力主要集中在紫外光的照射下降解污染物，因为上述催化剂是宽禁带材料需要近紫外光活化才能引发其电子的跃迁。众所周知，太阳光中含有紫外线，而太阳能是取之不尽、用之不竭的能源，因此如何利用太阳能实现废水的无害化处理愈来愈受到人们的关注。太阳光主要部分是可见光，紫外光仅占3%~5%，因此，有效利用太阳光中的可见光部分来代替昂贵的人工光源，在温和的试验条件下实现污染物的光催化转化，提高太阳光的利用率成为未来光催化剂的发展趋势。

目前，利用光化学法对污染的空气和水进行环境修复和治理的基础和应用研究十分活跃。以TiO₂为光催化剂破坏有机污染物，国内外学者都进行了广泛系统的研究。然而，在某些情况下，由于形成了稳定的中间产物，TiO₂不能将有机物彻底矿化，并且由于TiO₂的光催化效率较低，主要利用小于400nm的紫外光（而太阳光能中紫外光不到5%），不能充分利用自然界充足的能源—太阳能，人们开始寻找其它与TiO₂具有不同催化机理的光催化材料。近年来，具有与TiO₂相似功能的分子材料引起了人们的极大兴趣，POM即是最有希望的催化剂，POM以其优异的氧化性和酸催化特性广泛应用于有机合成、药物制备及离子交换等方面。近年来，国内外研究人员发现它具有较强的光催化氧化性能，能将水中有机污染物矿化为CO₂和H₂O等无机小分子、离子。