[发明专利]染料敏化光催化剂及在可见光下催化降解离子液体的应用

说明书

技术领域

本发明属于废弃物处理领域，特别涉及一种染料敏化光催化剂及其在可见光下催化降解离子液体中的应用。

背景技术

离子液体作为一种新型的绿色溶剂，因其具有独特的理化性质而被广泛地应用到有机合成、催化反应、分离科学、电化学、生物化学、物理化学和化学工程等领域。因此关于离子液体的基础研究已经形成了一股持续而稳定的热潮。经过二十余年的发展，离子液体现包含咪唑类、吡啶类、季铵盐类、季鏻盐类、胍类等约2000种；在离子液体工业化应用方面，BASF基于“离子开关”原理的BASIL工艺，反应效率提高了8万倍，成为了离子液体大规模应用的成功范例。此外，Eastman Chemical Company，IFP，Degussa，以及BP、Exxonmobil、Chevron、PetroChina也都在不同领域开展了离子液体的工业应用研究。

从工业化的角度而言，离子液体作为一类新化学品，如要成功地实现工业化应用，除需要详细了解其在反应单元中所表现出来的优良性能，还应综合考虑并对其进行相应的环境风险评价：如离子液体在储运及应用过程中的稳定性及安全性问题，毒性与降解性问题。研究者发现，某些离子液体对各种藻类、水体微生物、陆生生物以及哺乳细胞系等具有明显的毒害作用，而且对一些人体中的关键酶具有显著的抑制作用，甚至有研究表明，咪唑类离子液体具有潜在的诱变性与致癌性。此外离子液体在大规模的工业化应用过程中，可能会遇到与其他的化工过程遇到同样的问题：生产及工业化应用中的跑冒滴漏；意外事故而引发的大规模泄漏；应用、再生过程产生含有离子液体的废水、废渣。因此深入研究含离子液体的废弃物的处理问题，不仅可以为离子液体工业化提供基础参考数据，而且可以推进环境污染物清洁高效处理技术的深入发展。

化合物的降解按照作用方式的不同，可分为热解、生物降解、光解等几种。生物降解虽然是降解有机物的首选方案，但是研究表明，常规的离子液体的生物降解效率非常低，有些甚至无法降解；在光解方面，Morawski等和Katoh等对紫外线降解离子液体行为进行研究，Bosse，Le Rouzo等采用了伽马射线为降解光源，考察了在不同的辐射光强、不同含水量及不同降解气氛下，离子液体[MeBu₃N][Tf₂N]的降解性能。上述研究虽然取得了不错的降解效率（降解率可以达到70%以上），但是考虑到他们都是采用的实验室光源，而在整个太阳能中紫外光谱以及其以下波长更短的光谱总能量占比不到5%。而可见光能约占整个太阳能的45%，因此要真正实现利用光解大规模降解在工业化工程中可能产生的废弃离子液体，就必须要有效地利用太阳能中的可见光部分。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的首要目的在于提供一种染料敏化光催化剂。

本发明的另一目的在于提供一种上述染料敏化光催化剂在可见光下催化降解离子液体中的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种染料敏化光催化剂，染料敏化光催化剂是先采用浸渍法或原位合成法将光催化剂负载在分子筛上，光催化剂在分子筛上负载量为5～30%，然后对负载后的光催化剂进行染料敏化反应制备得到。

所述光催化剂为金属氧化物或硫化物的半导体材料；所述分子筛为中孔分子筛；所述染料敏化反应采用的染料为钌多吡啶基配合物染料或纯有机光敏染料。

所述光催化剂为TiO₂、ZnO或Fe₂O₃；所述分子筛为SBA-15、SBA-16、MCM-41、13X、NaY、HMS或MSU-H；所述钌多吡啶基配合物染料为N3或N719（两者可用结构通式cis-RuL₂X₂来表示：X=-N=C=S，N3中L=4,4’-二羧酸-2,2’-联吡啶，N719中L=4-n-丁基羟胺-4’-羧酸-2,2’-联吡啶）；所述纯有机光敏染料为DCQ（2,9-二氯喹吖啶酮）、香豆素类染料、吲哚类染料或三苯胺类染料。

该染料敏化光催化剂具体按照以下制备方法制备得到：

（1）向溶有0.3～1.5g光催化剂前驱体的乙醇或者甲醇溶液加入1～5g分子筛，60℃下反应3～24h；将反应液抽滤所得固体洗涤后，在80～100℃下干燥6～12h，再在500～600℃下煅烧3～12h，得到光催化剂在分子筛上负载量为5～30%的样品；