凝聚層體系在環(huán)境污染物選擇性光催化降解中的應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明設及環(huán)境污染控制技術領域，具體設及凝聚層體系在環(huán)境污染物選擇性光 催化降解中的應用。
【背景技術】
[0002] 隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，環(huán)境污染日益嚴峻。半導體二氧化鐵光催化，因為能 利用太陽能和空氣中的氧氣，使水中的有毒有機污染物發(fā)生徹底降解，而得到廣泛關 注。但是，二氧化鐵對環(huán)境有毒有機污染物的光催化分解，缺乏選擇性（J.Am.化em. Soc.，2010, 132, 11914-11916和Chem. Commun.，2007, 1163 - 1165)。
[0003] 為了實現(xiàn)環(huán)境中某些有毒污染物的選擇性優(yōu)先降解，科學家們采用了各種策 略，如（1)二氧化鐵進行表面修飾和（2)在二氧化鐵表面進行分子印跡等。如武漢理 工大學的劉升衛(wèi)和余家國等發(fā)現(xiàn)，高能面二氧化鐵的表面氣修飾有利于染料甲基澄 (M0)和亞甲基藍（MB)混合染料中M0的光催化分解。但是一旦對催化劑進行堿洗去 氣，則有利于MB的優(yōu)先分解（Tun油le化otocatalytic Selectivity of Hollow Ti02 Microspheres Composed of Anatase Polyhedra with Exposed{001}Facets. J. Am. 化em. Soc. ,2010, 132, 11914-11916)。但是氣離子的引入，會引起水體污染。華中科技 大學朱麗華和唐和清教授課題組，在通過在二氧化鐵表面包覆一層印跡有污染物模板 的聚合物大分子，成功實現(xiàn)酪類目標污染物分子的高選擇性光催化分解（Synthesis of molec y Lar imprinted polymer coated photocatalysts with high selectivity. Chem. Commun.，2007, 1163 - 1165)。但該些分子印跡存在催化劑制備過程煩瑣、程序復雜等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 凝聚作用（coacervation)是指離子型聚合物高分子，與溶液中帶有相反電荷的 離子發(fā)生電性中和引起布朗運動解除，使形成的膠體微粒能夠靠近接觸而聚集在一起，最 終變成濃厚的溶膠（sol),作為顯微鏡下的小液滴或肉眼可見的"相"而從水溶性中分離 出來的現(xiàn)象。被分離出來的"相"或體系叫做凝聚層（coacervate)，把水層稱為平衡液 (equil化rium)。分散和凝聚作用是對立的，電的排斥、分散劑和溶劑化層的影響促進了體 系分散穩(wěn)定，分子的吸引力和各種運動碰撞又促進了凝聚。影響凝聚的主要因素有電解質(zhì) 的作用、膠體體系的相互作用、膠體的濃度和溫度等。凝聚層在生物和化學方面的用途廣 泛。最近，Mann等對縮氨酸-核巧（P巧tide-nucleotide)等生物分子構建的凝聚層體系 進行了系統(tǒng)研究，發(fā)現(xiàn)納米粒子（如Au、化3〇4和Co 2〇3等）和生物酶等，可W高倍濃縮到 凝聚層液（Peptide - nucleotide microdroplets as a step towards a membrane-free protocell model.化1:腳日Qiem. , 2011, 3, 720-724)。但是，將凝聚層用做光催化反應體系， 還沒有文獻報道。
[0005] 針對現(xiàn)有二氧化鐵光催化技術中存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供了一種實現(xiàn) 有機污染物選擇性光催化降解的體系和方法。我們發(fā)現(xiàn)，可W利用模型污染物在PDDA/ATP 凝聚層相中分配系數(shù)的不同，實現(xiàn)選擇性光催化降解。
[0006] 聚二締丙基二甲基氯化錠，簡稱P孤A 磯酸腺巧，簡稱ATP。
[0007] P孤A和ATP的分子結構式見圖1。
[0008] 實現(xiàn)本發(fā)明目的所采取的技術方案是：
[0009] 首先，一種實現(xiàn)有機污染物選擇性光催化的體系的建立，其步驟如下：
[0010] (1)在玻璃反應瓶（光催化反應器）中，稱入二氧化鐵光催化劑，然后加入P孤A溶 液，超聲使催化劑充分分散。
[0011] (2)在磁力攬拌下，依次加入兩種不同的染料（模型污染物）和ATP溶液，使充分 混勻。
[0012] (3)開啟光源，持續(xù)攬拌下進行模型污染物的光催化降解。
[0013] (4)在光照不同時間點取樣，樣品用氯化納溶液分解P孤A/ATP凝聚層相，離屯、分 離二氧化鐵光催化劑，取上清液進行可見-紫外光譜測試，分析模型污染物在凝聚層體系 的降解情況。
[0014] 本研究選擇了四種模型污染物分子亞甲基藍（MB)、羅丹明B(化B)，活性艷紅 X3B狂3B)和甲基澄（M0)。
[0015] 本發(fā)明的應用方法所設及到的二氧化鐵在凝聚層相中的分配系數(shù)測定方法：
[0016] (1)在稱有4mg二氧化鐵光催化劑的玻璃反應瓶中，移入6ml濃度為50mM的P孤A 溶液，超聲5分鐘，使光催化劑在溶液中充分分散。在磁力攬拌下，加入2ml 50mM的ATP溶 液。為了方便觀察，取1毫升混合溶液于2ml的塑料離屯、管中，靜置10小時，發(fā)現(xiàn)白色的二 氧化鐵都富集在了下層的凝聚層相（圖2)。
[0017] (2)為了確定二氧化鐵在凝聚層和水相之間的分配系數(shù)，用紫外可見光譜法對分 布于該兩相中的二氧化鐵濃度進行分析。上層水相溶液稀釋1000倍后，測定溶液在400nm 處的吸光值（A1)，下層凝聚層相取10 y L后，加ImL 5M的化Cl溶液分解凝聚層相后，稀釋 1000倍同樣測定溶液在400皿處的吸光值（A2)。
[0018] (3)分配系數(shù)計算方法D = A2/A1。
[0019] 本發(fā)明的應用方法所設及到的染料在凝聚層相中的分配系數(shù)測定方法：
[0020] (1)在2血的塑料離屯、管中，移入600化濃度為50mM的P孤A溶液和10 y L染料 溶液巧g ?。），搖勻；加入200化濃度為50mM的ATP溶液搖勻后靜置10小時，發(fā)現(xiàn)上層 水相和下層M聚層相分層界面明顯（圖2)。
[0021] (2)為了確定各染料在凝聚層和水相之間的分配系數(shù)，用紫外可見光譜法對分布 于該兩相中的染料濃度進行分析。上層水相可W直接紫外測定，下層凝聚層相取10 y L后， 加ImL 5M的化C1溶液分解凝聚層相后，進行紫外光譜測定。
[0022] (3)根據(jù)染料在最大吸收波長處的吸光值，計算染料在凝聚層和水相中的濃度之 比，得到染料在該凝聚層中的分配系數(shù)D (表1)。
[0023] 表1.四種染料在凝聚層中的分配系數(shù)
[0024]
【主權項】
1.凝聚層體系在對混合染料進行選擇性光催化降解中的應用，所述凝聚層體系為聚二 烯丙基二甲基氯化銨溶液與三磷酸腺苷溶液混合形成的TODA/ATP凝聚層體系，所述光催 化降解所用催化劑為二氧化鈦； 所述混合染料為RhB和MB混合物，或者，所述混合染料為RhB和MO混合物。
【專利摘要】本發(fā)明屬于污染控制技術領域，具體公開了將模型污染物在凝聚層（PDDA/ATP）體系中的選擇性光催化降解行為。該方法利用光催化劑二氧化鈦易于進入凝聚層相，而不同污染物因為在凝聚層-水兩相之間分配系數(shù)的不同，導致易于進入凝聚層相的污染物與光催化劑二氧化鈦接觸優(yōu)先降解，而不易于進入凝聚層的污染物因為難以接觸到凝聚層內(nèi)的光催化劑而難以發(fā)生分解，最終引起某些污染物在凝聚層體系中發(fā)生優(yōu)先降解（選擇性光催化降解）?；谀蹖芋w系的選擇性光催化降解，在環(huán)境污染控制領域，具有廣闊的應用前景。
【IPC分類】C02F1-30, G01N21-31
【公開號】CN104724789
【申請?zhí)枴緾N201510147918
【發(fā)明人】呂康樂, 伍曉鋒, 李玫, 李覃, 鄧克儉, 朱君江, 黃濤
【申請人】中南民族大學
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年3月31日