论文摘要
氯代苯酚和多溴联苯醚等卤代有机物属于典型的难降解有机污染物。由于这些毒害有机污染物一般是脂溶性的（疏水性），其亲脂性使其易被有机体吸收，且其半衰期长，难以通过生物降解而从环境中除去。所以它们在环境中可以长期存在，并且可能危害生态系统和人体的健康。因此，寻求一种合适的处理技术将这些污染物从环境中除去已经成为了近期环境污染控制和修复研究所关注的热点。柱撑粘土复合材料作为一种新型的类分子筛催化复合材料，受到了广泛的关注并得到迅速的发展。经有机改性的柱撑蒙脱石比天然蒙脱石具有较高的比表面积、Lewis酸性和很好的多孔性，表面由亲水性变成疏水性，吸附能力增加。对粘土矿物的有机修饰可以大大提高蒙脱石对水体、土壤中疏水性（亲脂性）有机污染物的吸附性能。此外，人们的研究也发现二氧化钛这一良好的光催化剂同样可以用于柱撑蒙脱石，它进入材料的孔洞后对有机物的去除具有协同作用，一方面通过界面的耦合作用，降低TiO2的禁带宽度，另一方面减少了光电子-空穴的复合率，使得复合光催化材料可以更有效地利用太阳光能，同时提高催化剂的光催化活性，从而对环境水体中的微量毒害有机污染物达到吸附和降解协同作用的效果。综上所述，本文提出了对纳米二氧化钛和有机柱撑蒙脱石的复合光催化剂的研究。这类复合材料既可以利用二氧化钛对有毒有害有机物所具有的很好的深度矿化作用，在催化剂吸附目标污染物后利用太阳能对其进行光催化降解，从而使得作为吸附剂的有机柱撑蒙脱石可以原位再生：又可以利用它的疏水性特征解决二氧化钛在水相悬浮体系光催化反应后难以被回收利用的问题。因此这一类含TiO2的复合光催化剂有望被广泛应用于废水中有机污染物的去除等环境污染控制和环境修复技术。本文研究了有机修饰TiO2柱撑蒙脱石和TiO2负载有机柱撑蒙脱石两种光催化剂。前者制备时采用了不同表面活性剂，阳离子（十六烷基三甲基溴化铵）、非离子（聚乙烯醇）、阴离子（十二烷基苯磺酸钠）等修饰的二氧化钛柱撑蒙脱石，并考察改变溶胶和表面活性剂的添加顺序对阳离子表面活性剂所修饰的催化剂性质的影响。后者则选用阳离子表面活性剂对蒙脱石进行阳离子交换柱撑，并将TiO2（Duggsa P25）负载到所制备的有机柱撑蒙脱石上制成TiO2负载有机柱撑蒙脱石光催化剂，分别用X射线粉末衍射（XRD）和场发射扫描电子显微镜（SEM）等手段对催化剂的微观结构进行了研究。以亲水性污染物甲基橙（MO），疏水性卤代化合物2，4，6—三氯苯酚（2，4，6-TCP）和十溴联苯醚（BDE 209）为目标污染物研究了所制备复合催化剂的深度氧化能力，分别考察了吸附和光催化降解的反应动力学。运用溶剂萃取、紫外可见分光光度法、气相色谱-质谱联用和液相色谱-质谱联用的分析方法，对目标污染物的转化产物进行了检测，初步提出了光催化降解反应的反应机理。研究结果表明，先用阳离子表面活性剂修饰而后用TiO2柱撑更有利于提高复合柱撑蒙脱石光催化剂的吸附性能，表面活性剂可以有效提高复合材料的疏水性和比表面积，进而提高它们对各种有机污染物的吸附性能。不同类型的表面活性剂的作用机理各不相同，对吸附作用的提高效果也各不相同。所制备的复合光催化剂能够光催化降解三氯苯酚和十溴联苯醚等卤代目标有机污染物。实验结果表明，催化剂所含的TiO2更多，污染物的去除效率越高。在光生羟基自由基的作用下，目标物被转化成一系列羟基化合物和开环产物。