[发明专利]一种纳米氧化镓及其应用

说明书

技术领域

本发明属于光催化技术，属于环境持久性有机污染物控制技术领域，具体涉及一种纳米氧化镓的合成以及将该纳米氧化镓作为催化剂，以真空紫外光作光源，光催化分解水和废水中的微量全氟羧酸类物质。 

背景技术

全氟羧酸类物质是一类新的在环境中普遍存在，具有持久性、生物累积性和生物毒性的有机污染物。国内外许多研究表明，全氟羧酸类物质广泛存在于自然界，可以通过呼吸和食物链形式被生物体摄取，最终富集于生物体中的血、肝、肾、脑，具有包括遗传毒性、雄性生殖毒性、神经毒性、发育毒性、内分泌干扰作用等多种毒性，被认为是一类具有全身多器脏毒性的环境污染物。 

全氟羧酸类物质主要通过氟聚物的加工和使用释放到环境中，主要污染途径之一是通过工厂废水排放。而降解全氟羧酸类物质的方法有高温燃烧法、超声热解法、光化学法。高温燃烧法在分解全氟羧酸类物质的同时需要同时焚烧掉用来吸附的活性碳，因而成本高；超声热解法借助于超声产生的气泡壁处超过800 K的高温进行热解反应，具有电耗大的缺点。光化学法降解速度慢，反应时间长。 

光催化法利用紫外光源（如发射185/254nm紫外线的低压汞灯）辐照具有光催化活性的半导体催化剂，紫外光激发半导体产生有强氧化性的空穴及羟基自由基，对有机物进行降解矿化加以去除。光催化法具有在常温常压下进行，反应条件比较温和，成本较低等优点，但由于全氟羧酸类物质特殊的分子结构和化学性质，使用广泛的光催化剂如二氧化钛（TiO₂）在温和条件下降解全氟羧酸类物质效率较低。研究发现，一种宽禁带半导体，即氧化镓，对全氟羧酸类物质的光催化活性高于TiO₂，但整体催化活性仍有待提高。此外，当应用于废水中全氟羧酸类物质的降解时，废水中的有机物会吸附到催化剂表面，降低催化剂的活性和寿命，极大的限制了催化剂的应用。因此如何合成对全氟羧酸类物质有高催化活性的催化剂，同时避免不同水质中光催化剂失活是光催化实际应用需要解决的问题。 

发明内容

本发明的目的是合成对全氟羧酸类物质有高催化活性的光催化剂，并提高在不同水质中降解全氟羧酸类物质的效率，提供一种有效去除水中全氟羧酸类物质的应用方法。 

本发明的主要内容如下： 

一种纳米氧化镓，该纳米氧化镓的制备包括以下步骤： 

（1）将硝酸镓水合物溶解在水中，加入表面调控剂； 

（2）将步骤（1）所得溶液水浴加热； 

（3）将步骤（2）所得产物置于水热釜中，恒温加热； 

（4）将步骤（3）水热釜中产物煅烧，最终得到纳米氧化镓产物。 

优选地，所述加入表面调控剂是聚乙烯醇。 

优选地，所述水浴加热的温度是60-90℃，时间是0.5-10分钟。 

优选地，所述恒温加热温度是140-220℃。  

优选地，步骤（1）中pH控制在1.0-7.0，所述硝酸镓水合物和表面调控剂的质量比是1:0.01—1:1,硝酸镓水合物和水的质量比是1:5—1:30。 

优选地，所述步骤（4）中将水热釜冷却至室温，然后将釜内产物离心分离、洗涤、干燥，再把得到的粉末在600-800℃煅烧，最后自然冷却所得产物。 

上述纳米氧化镓的应用是对纯水或废水中的全氟羧酸类物质进行光催化降解。优选地，对于纯水中的全氟羧酸类物质降解时，使用发射254nm紫外线的低压汞灯或发射185nm紫外线的低压汞灯作为光源；优选地，对于废水中的全氟羧酸类物质降解时，使用发射185nm紫外线的低压汞灯作为光源，并且溶液的pH调节至5.0以下。 

具体来说，纳米氧化镓的制备：取一定量的硝酸镓水合物溶解在水中，不断搅拌直至澄清。调节pH，加入表面调控剂，如聚乙烯醇(PVA)或聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)等高分子聚合物，将溶液在60-90℃下水浴加热0.5-10分钟。然后将所得产物转移到密封的聚四氟乙烯水热釜中，放置于恒温干燥箱中，在140-220℃恒定温度下加热一段时间，将水热釜拿出，冷却至室温，将釜内产物离心分离、洗涤、干燥后的粉末置于管式炉中，在600-800℃下高温煅烧一段时间，最后自然冷却所得产物。  

利用本发明所述的方法合成的氧化镓具有以下特点： 

①晶相为纯净的结晶度高的β-Ga₂O₃

②形貌规则，分别为扇状和针状 

③具有纳米级的尺寸