一种协同光电催化降解金刚烷胺有机物的方法

摘要

本发明公开了一种协同光电催化降解金刚烷胺有机物的方法，其向含有金刚烷胺有机物的溶液中添加葡萄糖溶液，进行光电催化降解处理，其中，用于光电催化降解处理的工作电极为TiO2纳米管阵列薄膜，参比电极为Ag/AgCl，对电极为Pt，电解质为硝酸钠，金刚烷胺有机物溶液的COD浓度为50～350mg/L，葡萄糖溶液与金刚烷胺有机物溶液的COD浓度比值为2～3，施加偏电压，打开光源，光源紫外光波长为365nm，光强为7.9mW/cm2。本发明能够大幅度提高极难降解的金刚烷胺有机物的光电催化降解效率，并能够实现金刚烷胺的完全矿化。

权利要求

1.一种协同光电催化降解金刚烷胺有机物的方法，其特征在于：向含有金刚烷胺有机物的溶液中添加葡萄糖溶液，进行光电催化降解处理，其中，用于光电催化降解处理的工作电极为TiO2纳米管阵列薄膜，参比电极为Ag/AgCl，对电极为Pt，电解质为硝酸钠，金刚烷胺有机物溶液的COD浓度为50～350mg/L，葡萄糖溶液与金刚烷胺有机物溶液的COD浓度2

比值为2～3，施加偏电压，打开光源，光源紫外光波长为365nm，光强为7.9mW/cm。

2.根据权利要求1所述的协同光电催化降解金刚烷胺有机物的方法，其特征在于：所述的TiO2纳米管阵列薄膜采用公知的阳极氧化技术制备并经公知的烧结工艺获得。

说明书

一种协同光电催化降解金刚烷胺有机物的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及有机物的降解方法，具体涉及一种协同光电催化降解金刚烷胺有机物的方法，属于环保技术领域。

背景技术

[0002] 金刚烷胺是金刚烷的氨基衍生物。金刚烷是一种高度对称、非常稳定的笼状烃，由于其分子结构类似金刚石碳的结构故名。金刚烷胺尽管是金刚烷的氨基衍生物，但仍具有极高的化学稳定性。金刚烷胺由于其特殊的化学稳定性，同时能够抑制微生物的生长，因而是典型的难于生物降解的有机物。未经处理的含有金刚烷胺的废水将长时间存留于环境中，给人类健康造成极大的隐患。

[0003] 对于难以降解的有机物的处理，一般采用高级氧化的技术先进行预处理，使有机物转化成易降解的产物，然后再进行生物处理。光电催化是一种对难降解有机污染物的有效处理方法，从而引起了越来越多的关注。影响光电催化反应的因素包括电极的性能、反应器的性能等。目前有关电极催化性能的研究取得了显著的进展，如美国Grimes等人利用金属钛阳极氧化的方法在氢氟酸水溶液介质中成功制备了TiO2纳米管阵列薄膜高效电极(Gong D W et al J.Mater.Res.(2001)16：3331-3334)，在这种钛基TiO2纳米管阵列电极中，光催化剂TiO2纳米管垂直、整齐有序地排列在金属钛基体上，有利于光生电荷的分离与传输，表现出极高的光电催化氧化有机物的性能。此后，人们对这种钛基TiO2纳米管阵列薄膜材料的制备方法进行了大量的研究和应用。在反应器的改造方面，采用薄层反应器能够明显提升有机污染物的光电催化降解效率(Applied Catalysis B：Environmental98(2010)154-160)。周保学等人的研究还表明，利用有机物在薄层反应器中的光电催化耗竭氧化反应，可以研究有机物的光电催化反应特性，并能够确定有机物降解的难易程度(物理化学学报.2011，27(9)：2153-2159)。然而即使在电极与反应器方面采取了上述措施，对于化学性质极其稳定的类似金刚烷胺的有机物也难以实现其完全氧化。因此，如何实现化学结构极其稳定的极难降解有机物的快速高效处理一直是光电催化领域需要进一步探索的问题。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种协同光电催化降解金刚烷胺有机物的方法，通过添加葡萄糖溶液并控制其与金刚烷胺有机物溶液的COD浓度比值，实现金刚烷胺的快速高效氧化。

[0005] 本发明通过下述技术方案以实现以上目的：

[0006] 一种协同光电催化降解金刚烷胺有机物的方法，其向含有金刚烷胺有机物的溶液中添加葡萄糖溶液，进行光电催化降解处理，其中，用于光电催化降解处理的工作电极为TiO2纳米管阵列薄膜，参比电极为Ag/AgCl，对电极为Pt，电解质为硝酸钠，金刚烷胺有机物溶液的COD浓度为50～350mg/L，葡萄糖溶液与金刚烷胺有机物溶液的COD浓度比值为2
2～3，施加偏电压，打开光源，光源紫外光波长为365nm，光强为7.9mW/cm。

[0007] 本发明所述的TiO2纳米管阵列薄膜采用公知的阳极氧化技术制备并经公知的烧结工艺获得。

[0008] 与现有技术相比，本发明所述的协同光电催化降解金刚烷胺方法能够大幅度提高极难降解的金刚烷胺有机物的降解效率，并能够实现金刚烷胺的完全矿化。这是因为在金刚烷胺溶液中加入一定量的易降解的葡萄糖以后，葡萄糖在降解的同时产生了大量的羟自由基，大量的羟自由基的存在促进了金刚烷胺的氧化，从而产生了二者的协同光电催化作用。

附图说明

[0009] 图1是不同浓度金刚烷胺溶液在薄层反应器光电催化降解终了时，金刚烷胺初始浓度与其最终处理率α之间的关系。

[0010] 图2是初始COD浓度100mg/L的金刚烷胺，与不同COD浓度葡萄糖共同存在下，在薄层反应器光电催化处理终了时，金刚烷胺初始浓度与其最终处理率α之间的关系[0011] 图3是金刚烷胺(A)与葡萄糖(G)的COD浓度比值A∶G为1和2，二者共存时，在薄层反应器光电催化处理终了时，金刚烷胺初始浓度与其最终处理率α之间的关系具体实施方式

[0012] 以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。以下实施例不构成对本发明的限定。

[0013] 实施例1：

[0014] 以TiO2纳米管阵列薄膜为工作电极，Ag/AgCl为参比电极，Pt为对电极，在薄层反应器中注入COD浓度为100mg/L的金刚烷胺有机物溶液，硝酸钠作电解质，添加COD浓度为200mg/L的葡萄糖溶液，施加偏电压，打开光源，光源紫外光波长为365nm，光强为7.9mW/2
cm，进行光电催化氧化有机物的反应，由电化学工作站监测光电催化反应过程中光电流随反应时间(I-t)的变化，结果发现当反应时间为90秒，光电催化降解达到终了。通过I-t曲线积分求出该反应过程中电子的转移量，由公知的方法计算出发生反应的有机物与总有机物的比例，该比例即是有机物在薄层反应器中反应终了时的最终处理率α。通过计算发现其处理率α为99.8％，见图2。

[0015] 作为对照，以TiO2纳米管阵列薄膜为工作电极，Ag/AgCl为参比电极，Pt为对电极，在薄层反应器中仅注入COD浓度为100mg/L的金刚烷胺有机物溶液，硝酸钠作电解质，2
施加偏电压，打开光源，光源紫外光波长为365nm，光强为7.9mW/cm，进行光电催化氧化有机物的反应，由电化学工作站监测光电催化反应过程中光电流随反应时间(I-t)的变化，结果发现在反应时间为32秒，光电催化降解达到终了时其最终处理率α仅为22.0％，见图
1，说明在没有葡萄糖存在条件下金刚烷胺不能完全被氧化。

[0016] 作为对照，以TiO2纳米管阵列薄膜为工作电极，Ag/AgCl为参比电极，Pt为对电极，在薄层反应器中分别注入COD浓度为50、200、300、400mg/L的金刚烷胺有机物溶液，硝2
酸钠作电解质，施加偏电压，打开光源，光源紫外光波长为365nm，光强为7.9mW/cm，进行光电催化氧化有机物的反应，由电化学工作站监测光电催化反应过程中光电流随反应时间(I-t)的变化，结果发现在光电催化降解达到终了时其最终处理率α分别为28.0％、
20.0％、16.8％和16.5％，见图1，说明在没有葡萄糖存在条件下无论是低浓度的金刚烷胺还是高浓度的金刚烷胺，均不能完全被氧化。

[0017] 实施例2：

[0018] 以TiO2纳米管阵列薄膜为工作电极，Ag/AgCl为参比电极，Pt为对电极，在薄层反应器中注入COD浓度为50mg/L的金刚烷胺有机物溶液，硝酸钠作电解质，添加COD浓度为150mg/L的葡萄糖溶液，施加偏电压，打开光源，光源紫外光波长为365nm，光强为7.9mW/2
cm，进行光电催化氧化有机物的反应，由电化学工作站监测光电催化反应过程中光电流随反应时间(I-t)的变化，结果发现当光电催化降解达到终了时，有机物的处理率α为
99.7％。

[0019] 作为对照，以TiO2纳米管阵列薄膜为工作电极，Ag/AgCl为参比电极，Pt为对电极，在薄层反应器中注入COD浓度为50mg/L的金刚烷胺溶液，硝酸钠作电解质，添加COD浓度为50mg/L的葡萄糖溶液，施加偏电压，打开光源，光源紫外光波长为365nm，光强为2
7.9mW/cm，进行光电催化氧化有机物的反应，由电化学工作站监测光电催化反应过程中光电流随反应时间(I-t)的变化，结果发现在光电催化降解达到终了时其最终处理率α分别为78.0％，见图3，说明葡萄糖与金刚烷胺COD浓度比值＜2时，金刚烷胺不能完全被氧化。

[0020] 实施例3：

[0021] 以TiO2纳米管阵列薄膜为工作电极，Ag/AgCl为参比电极，Pt为对电极，在薄层反应器中注入COD浓度为100mg/L的金刚烷胺有机物溶液，硝酸钠作电解质，添加COD浓度为250mg/L的葡萄糖溶液，施加偏电压，打开光源，光源紫外光波长为365nm，光强为7.9mW/2
cm，进行光电催化氧化有机物的反应，由电化学工作站监测光电催化反应过程中光电流随反应时间(I-t)的变化，结果发现当光电催化降解达到终了时，有机物的处理率α为
99.5％，见图2。

[0022] 实施例4：

[0023] 以TiO2纳米管阵列薄膜为工作电极，Ag/AgCl为参比电极，Pt为对电极，在薄层反应器中注入COD浓度为350mg/L的金刚烷胺有机物溶液，硝酸钠作电解质，添加COD浓度为700mg/L的葡萄糖溶液，施加偏电压，打开光源，光源紫外光波长为365nm，光强为7.9mW/2
cm，进行光电催化氧化有机物的反应，由电化学工作站监测光电催化反应过程中光电流随反应时间(I-t)的变化，结果发现当光电催化降解达到终了时，有机物的处理率α为
100.5％。

[0024] 作为对照，以TiO2纳米管阵列薄膜为工作电极，Ag/AgCl为参比电极，Pt为对电极，在薄层反应器中注入COD浓度为350mg/L的金刚烷胺有机物溶液，硝酸钠作电解质，添加COD浓度为350mg/L的葡萄糖溶液，施加偏电压，打开光源，光源紫外光波长为365nm，光2
强为7.9mW/cm，进行光电催化氧化有机物的反应，由电化学工作站监测光电催化反应过程中光电流随反应时间(I-t)的变化，结果发现在光电催化降解达到终了时其最终处理率α分别为50.2％，见图3，说明葡萄糖与金刚烷胺COD浓度比值为1时，金刚烷胺不能完全被氧化。