[发明专利]基于光催化技术高效产生羟基自由基的反应器及构建方法

权利要求书

1.一种基于光催化技术高效产生羟基自由基的反应器的构建方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

步骤A、N掺杂二氧化钛纳米管光电阳极的制备

A1、对钛箔预处理；

A2、第一次阳极氧化：将预处理过的钛箔作为阳极，铂片作为对电极，对钛箔进行第一次阳极氧化；阳极氧化完成后，剥离阳极氧化层，获得有序排列的凹痕的钛箔基底；

A3、第二次阳极氧化：对进行了第一次阳极氧化的钛箔进行第二次阳极氧化，并进行N掺杂，在高温进行煅烧、退火处理，使无定形二氧化钛纳米管转变为锐钛矿形或金红石相形，获得排列有序的N掺杂二氧化钛纳米管；

A4、第三次阳极氧化：将经过A3步骤处理后的钛箔取出进行第三次阳极氧化，用以在钛箔基底以及二氧化钛纳米管阵列之间生长无定型薄膜，当第三次阳极氧化结束后，使制备的纳米管薄膜脱离基底，得到N掺杂二氧化钛纳米管薄膜；

A5、光电阳极组装：将N掺杂二氧化钛纳米管薄膜粘贴在光催化剂载体表面，在高温进行煅烧、退火处理，获得N掺杂二氧化钛纳米管光电阳极；

B、铜基底P-Pd光电阴极制备

B1、铜箔预处理；

B2、化学镀液制备：

B21、配置氯化钯盐酸溶液：称取一定量的氯化钯溶解于HCl溶液中，混合搅拌均匀，配置获得氯化钯盐酸溶液；

B22、量取氨水溶解于去离子水中，搅拌，加入氯化铵和乙二胺四乙酸，磁力搅拌；

步骤B23、将氯化钯盐酸溶液滴加入步骤B22配制的混合溶液中，磁力搅拌获得混合溶液；

步骤B24、配制还原剂溶液，用于Pd的还原；

步骤B25、在剧烈搅拌情况下，将还原剂溶液滴加至步骤B23配制的混合溶液中，完成化学镀液配制；

B3、铜基底P-Pd光电阴极制备：将化学镀液升温至适当温度，将经预处理过的铜箔浸没在化学镀液，以在铜基底表面沉积P-Pd催化剂，取出并用去离子水冲洗，得到铜基底P-Pd光电阴极；

C、构建产生羟基自由基的反应器

该反应器包括阳极反应室和阴极反应室；所述阳极反应室和阴极反应室被双极性膜分隔开；在阳极反应室内，放置N掺杂二氧化钛纳米管光电阳极，在阴极反应室内放置铜基底P-Pd光电阴极；该光电阳极在光能量的激发下，发生光电响应，产生的电子通过外部导线传输至阴极反应室，并富集在铜基底P-Pd光电阴极上，进行光电化学反应，产生羟基自由基；在阳极室设有窗口，用于光源照射光电阳极。

2.根据权利要求1所述的基于光催化技术高效产生羟基自由基的反应器的构建方法，其特征在于：所述反应器还包括第二阳极反应室；所述阳极反应室与第二阳极反应室分别设置在阴极反应室的左、右两侧，第二阳极反应室与阴极反应室也通过双极性膜分隔开，在第二阳极反应室内也放置有N掺杂二氧化钛纳米管光电阳极。

3.根据权利要求1所述的基于光催化技术高效产生羟基自由基的反应器的构建方法，其特征在于：步骤B22中乙二胺四乙酸用乙二胺四乙酸二钠代替。

4.根据权利要求1所述的基于光催化技术高效产生羟基自由基的反应器的构建方法，其特征在于：

氯化钯、盐酸、乙二胺四乙酸、氨水、氯化铵的质量百分比为：氯化钯0.16-0.2％wt，盐酸0.5-0.6％wt，乙二胺四乙酸二钠4-5％wt，氨水20-22％wt，氯化铵4-5％wt。

5.一种基于光催化技术高效产生羟基自由基的反应器，该反应器包括阳极反应室和阴极反应室；所述阳极反应室和阴极反应室被双极性膜分隔开；其特征在于：在阳极反应室内，放置N掺杂二氧化钛纳米管光电阳极，在阴极反应室内放置铜基底P-Pd光电阴极；该光电阳极在光能量的激发下，发生光电响应，产生的电子通过外部导线传输至阴极反应室，并富集在铜基底P-Pd光电阴极上，进行光电化学反应，产生羟基自由基；在阳极室设有窗口，用于光源照射光电阳极；

所述N掺杂二氧化钛纳米管光电阳极为在光催化剂载体上制备有N掺杂二氧化钛纳米管；所述N掺杂二氧化钛纳米管为采用钛箔为基底，利用阳极氧化法制备TiO₂纳米管半导体光催化剂，并进行N掺杂改性处理，以拓宽光谱响应范围；所述铜基底P-Pd光电阴极为使用化学镀法在铜基底表面沉积致密P-Pd复合膜。

6.根据权利要求4所述的基于光催化技术高效产生羟基自由基的反应器，其特征在于：所述反应器还包括第二阳极反应室；所述阳极反应室与第二阳极反应室分别设置在阴极反应室的左、右两侧，第二阳极反应室与阴极反应室也通过双极性膜分隔开，在第二阳极反应室内也放置有N掺杂二氧化钛纳米管光电阳极。