[发明专利]混相介孔二氧化钛、制备方法及采用其光催化去除含砷有机污染物的处理方法

说明书

技术领域

本发明属于水处理技术领域，涉及一种混相介孔二氧化钛、其制备方法及用途，特别涉及一种混相介孔二氧化钛、其制备方法及采用该二氧化钛光催化去除含砷有机污染物的处理方法。

背景技术

饮用水是砷暴露的重要途径，据报道，砷在水中主要以无机砷的形式存在，即五价砷As(V)和三价砷As(III)。但是，含砷有机污染物的存在也不能忽略，很多城市都已经在地表水和地下水中检测到有机砷，主要为一甲基砷(MMA)和二甲基砷(dimethylarsine，DMA)，其浓度范围为3.5μg/L到233.9μg/L。部分地区的水质检测结果显示，二甲基砷的含量达总砷的20％，DMA具有致癌性和遗传毒性，可以导致染色体突变、基因突变和DNA缺失。因此，去除水体中的二甲基砷引起了研究者关注。

很多科学家已经致力于用铁、铝絮凝剂吸附去除有机砷，但是效果不好，且发现砷的去除率随着甲基含量的增加而降低。赵等人(R.Zhao,J.T.Novak,C.Douglas Goldsmith,Waste Manage.33(2013)1207-1214.)的研究结果发现，用三氯化铁做絮凝剂除砷时，同等条件下对As(V)的去除率比DMA高约48％。因此，在吸附去除DMA前先对其进行预氧化转化成As(V)可能是有效去除DMA的重要手段。但是研究结果表明，无论是传统的氧化剂(如高锰酸钾、次氯酸钠)，还是高级氧化剂(如芬顿试剂和超氧)，都不能实现对DMA的有效氧化降解。此外，饮用水中DMA通常以较低的浓度存在(ppb级)，更加大了DMA的去除难度。

研究表明，利用二氧化钛作光催化剂，可以先将DMA有效氧化降解成As(V)，再通过吸附As(V)实现砷的最终去除，为有效去除饮用水中的DMA提供了途径。但是，由于二氧化钛对太阳能转化利用率低，且光生电子-空穴对再复合率较高，其光催化活性受到限制。因此，研究者们开始致力于提高二氧化钛的光催化活性，主要方法包括：(1)形成异质结降低二氧化钛的带隙；(2)通过缺陷修饰提高电子转移速率；(3)提高比表面积增加活性位点的密度等。此外，二氧化钛光催化降解DMA的机制尚不明确。大多数研究者认为在DMA光催化降解过程中主要是羟基自由基发挥了作用。但是NaKajima等人认为是空穴和羟基自由基共同发挥了作用(M.Tanaka,Y.Takahashi,N.Yamaguchi,Journal of Physics:Conference Series 430(2013)012100.)；许等人则认为是羟基自由基和超氧共同发挥了作用(Z.Xu,C.Jing,F.Li,X.Meng,Environmental Science&Technology 42(2008)2349-2354.)。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种混相介孔二氧化钛、其制备方法及采用其光催化去除含砷有机污染物(比如二甲基砷)的处理方法。本发明以提高二氧化钛的光催化活性为出发点，制备了具有高催化活性的混相介孔二氧化钛，采用其光催化氧化可完全去除水中的DMA，本发明还进一步揭示了光催化去除水中DMA的机理，还探究了pH和催化剂投加量对实验的影响。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种混相介孔二氧化钛，所述混相介孔二氧化钛为锐钛矿和金红石的混相晶型，具有粒径3nm～25nm的孔，并含有氧空位。

本发明的混相介孔二氧化钛中，孔的粒径在3nm～25nm，例如3nm、5nm、7nm、10nm、12nm、15nm、20nm、22nm、24nm或25nm等。优选地，所述混相介孔二氧化钛的比表面积在78.63cm²/g～130.56cm²/g，例如80cm²/g、82cm²/g、85cm²/g、88cm²/g、90cm²/g、95cm²/g、100cm²/g、105cm²/g、110cm²/g、120cm²/g或130cm²/g等。

第二方面，本发明提供如第一方面所述的混相介孔二氧化钛的制备方法，所述方法为溶剂蒸发诱导自组装法，具体包括以下步骤：

(1)将模板剂溶于溶剂中，加入盐酸和硫酸，搅拌，得到混合液；