[发明专利]光催化反应产生羟基自由基的实时动态检测系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种光催化反应产生羟基自由基的实时动态检测系统。

背景技术

羟基自由基（·OH）具有很强的氧化能力（E=2.7或1.8V在酸性或中性条件下），几乎能够降解所有的有机污染物，因此引起了人们极大的研究热情。在自然环境中，·OH主要来自于光芬顿反应，硝酸盐以及天然有机质（NOM）的光解等。在工程领域，特别是近年来不断发展的高级氧化技术中（AOT），如芬顿反应、臭氧氧化、电解氧化等，·OH是最主要的一种活性物质，在其中起了决定性的作用，因此也得到了广泛的关注和深入的研究。目前，光催化技术作为一种新型的高级氧化技术，由于其绿色、节能、环保等优点引起了人们极大的研究热情。半导体光催化的主要工作原理是（以TiO₂为例）：当TiO₂受到能量等于或者大于其帯隙宽度的光子激发后，位于基态的价带电子被激发到导带，从而生成了价带的氧化空穴和导带的自由电子（电子-空穴对）。电子-空穴对具有强的还原和氧化能力，并且能够自由迁移，当它们迁移到半导体表面后与表面吸附的小分子（如H₂O、OH^-、O₂）发生一系列的反应生成活性氧类物种（主要是·OH、O₂^·-、H₂O₂）。其中·OH在光催化反应中是一种非常重要的活性氧，它在光催化氧化降解污染物过程中起着关键的作用。此外，·OH能够破坏微生物的细胞壁，在光催化材料的光催化杀菌过程中也起着重要的作用。因此，·OH的生成数量是衡量一种光催化剂性能的重要指标。但是·OH的性质活泼、寿命短（微妙级），对其进行测定是一项巨大的挑战。

目前常用的测量·OH的方法主要有电子自旋共振技术（ESR）和荧光探针法，但是这些方法在实际应用中，特别是在光催化领域，都有其各自的局限性。例如，目前ESR最常用的捕获探针是DMPO，但是其捕获特异性方面仍存有争议。光催化材料在光催化反应中会产生氧化空穴，有学者研究认为，DMPO与氧化空穴反应产生的加合物与·OH的加合物相同，这可能会导致过高估计光催化材料产生·OH的能力。荧光法也是目前测量·OH的常用方法，现已开发了许多种针对·OH测定的探针分子，但是有些探针分子的特异性目前还存在争议。此外在测定光催化反应产生的·OH时，它们一般的操作流程是先将探针加入到待测体系中，反应后取出一部分进行分离，然后再上机测定，因此操作步骤繁琐，不利于对·OH的快速准确测定。因此，开发一种简单、快速、准确、特异的测定光催化反应中·OH的方法具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种光催化反应产生羟基自由基的实时动态检测系统，本发明将流动化学发光装置与光催化装置相结合，实现了对光催化反应中产生的·OH简单、快速、实时、在线、灵敏、特异的测定，可被用作光催化反应产生·OH能力的评估，并且通过测定·OH的生成能力，评价与其相关的光催化材料的其它性能（如光催化氧化降解能力和杀菌能力），以及光催化材料生成·OH的生成行为研究。

本发明所提供的光催化反应产生羟基自由基的实时动态检测系统，包括激发光源、光催化剂和羟基捕获探针盛放容器、至少一个氧化剂盛放容器、检测池、光电倍增管和信号分析器主机；

所述光催化剂和羟基捕获探针盛放容器和所述氧化剂盛放容器均与所述检测池相连通；

所述光电倍增管用于将所述检测池中产生的光信号转换成电信号；

所述光电倍增管与所述信号分析器主机相连接，所述信号分析器主机与一电脑终端相连接。

上述的实时动态检测系统中，所述光催化剂和羟基捕获探针盛放容器与所述检测池之间设有蠕动泵，以定量向所述检测池中泵入光催化剂和捕获探针；

所述氧化剂盛放容器与所述检测池之间设有蠕动泵，以定量的向所述检测池中泵入氧化剂。

上述的实时动态检测系统中，所述激发光源为紫外灯源（如汞灯）或可见光源（如氙灯）。

本发明实时动态检测系统能够在线测定光催化反应中产生的·OH，可以实现对·OH生成行为的实时在线连续追踪测定，通过发光信号变化的动力学信息，研究光催化反应生成·OH的生成行为，进一步地实现对光催化材料与·OH相关的性能的评价（如光催化氧化降解污染物能力以及杀菌能力）。