烟草废弃物模板制备ZnIn2S4催化剂及其光催化降解冰毒研究

The destruction of the drugs by using conventional method causes a series of emerging, potential, non-traditional environmental risks. While the very low activity of commercial titania based photocatalysts for the photodegradation of aniline will limit the practical use of photocatalysis in the treatment of methamphetamine. Therefore, in this project, tobacco wastes and their extracts will be used as templates in the synthesis of ZnIn2S4 photocatalysts in order to improve the photocatalytic activity. The effect of morphology, composition and structure of biotemplate and catalysts on photodegradation or transformation will be studied. This can provide an environmentally-benign way to treat drugs and use tobacco wastes.

云南一直处于全国禁毒斗争的最前沿和主战场。为解决公安部门缴获的毒品保存成本巨大而现有常规处置所造成的新兴、潜在、非传统环境问题，且降解还尚无相关研究，一线公安禁毒民警更急需毒品降解技术，本项目拟将光催化技术应用到液态冰毒降解中，以把冰毒的主要成分甲基苯丙胺完全降解排放或转换为非毒品成分实现资源化再利用，真正实现冰毒的环境友好型处置。申请人前期研究表明现有TiO2光催化剂仅能降解极低浓度毒品类似污染物，而ZnIn2S4可降解更高浓度污染物。为此，本项目拟利用云南大量但无较好利用的烟草废弃物天然丰富的组织结构及其提取物为模板制备高活性ZnIn2S4光催化剂，并探索这些材料的形貌、晶相、结构等与冰毒降解关联及反应机理，最大程度提高催化剂降解冰毒的性能，以期获得专用于液态冰毒降解转化的高效光催化剂。这既拓展了光催化技术在禁毒实战中的应用，又扩大了光催化剂的来源，也为烟草废弃物变废为宝提供新思路。

将光催化技术应用到液态冰毒降解中，以把冰毒主要成份完全降解排放或转换为非毒品成份实现资源化再利用，是一种真正实现冰毒的环境友好型处置的途径。本项目在筛选大量催化剂的基础上，重点研究了以烟草废弃物为模板制备的TiO2、烟草叶灰材料、TiO2/SiO2复合材料、Pt/P25TiO2等光催化剂及MIL101( Fe)为催化剂的Fenton反应体系对冰毒主要成份甲基苯丙胺或咖啡因的光催化降解。通过对这些材料的XRD、SEM、TEM、N2吸附-脱附等技术表征，结果说明：TiO2可以很好的复制烟草模板的微结构形貌组织；烟草叶的煅烧温度会影响其灰分的组成；TiO2/SiO2复合材料中钛硅比对其光催化活性有很大影响。对冰毒主要成份甲基苯丙胺和咖啡因的光催化降解结果表明：在最优条件下，Pt/P25TiO2的光催化活性最好，可对冰毒完全降解；TiO2/SiO2复合材料对冰毒中甲基苯丙胺的去除率达到71.8%，对咖啡因去除率达到12.5%；烟草叶灰材料对冰毒主要成份咖啡因的降解率为58.4%；烟草叶模板的TiO2光催化活性最差，对咖啡因的降解率仅为34.8%。以Pt/TiO2为光催化剂，推导了冰毒的光催化降解转化途径。. 此外，项目围绕烟草模板所制材料，在研究内容上做了扩展，将烟草模板合成的铈锆固溶体应用到催化氧化CO体系中，取得了较好的效果。.本项目共发表研究论文9篇，SCI 收录研究论文6 篇，还有部分研究结果已撰写成文。参加国内学术会议2次，发表会议论文2 篇。申请发明专利3项。培养硕士研究生3名。.总之，项目的实施提供了光催化降解冰毒的新途径，提供了相应的理论基础与实验依据。实施项目的团队在基础研究、人才培养等方面均取得了成效。