复合固定化光催化材料降解地表水中邻苯二甲酸二丁酯的机理研究

Dibutyl phthalate (DBP) was widely found in surface water, which induced a serious threat to aquatic organisms and human health due to its estrogen effects. Photocatalytic technology with high efficiency, low cost and no secondary pollution, is suitable for the removal of DBP. However, it exists some disadvantages such as low photocatalytic efficiency and the difficulty of photocatalysts separation from water. In this study, AgCl/Ag3PO4/g-C3N4-SA composite photocatalysts will be formed with sodium alginate as the carrier and AgCl/Ag3PO4/g-C3N4 as the photocatalyst, the morphological structure, element composition and optical properties of the photocatalysts will be characterized. The photocatalytic properties and the photocatalytic degradation behaviors of DBP will be investigated by photocatalytic degradation experiments, the efficiency and influent factors on DBP photocatalytic degradation will be investigated, as well as the type of reactive species in the process, with exploring their production means and the contribution of each reactive species. On the other hand, the mechanism of photocatalytic reaction will be analyzed by the types of reactive species and the energy band structure of photocatalysts. Based on the determination results of DBP degradation intermediates, the photocatalytic degradation pathway and mechanism of DBP will be studied by isotopic tracer methods. This study is supposed to provide theoretical basis and technical support for the application of photocatalytic immobilization technology of the degradation of DBP in surface water.

邻苯二甲酸二丁酯（DBP）在地表水中广泛存在，其产生的雌激素效应对水生生物和人类的健康构成严重威胁。光催化技术具有效率高、成本低和无二次污染等特点，是一种降解DBP的有效途径，但存在光催化材料可见光利用率低和分离难的问题。本研究拟制备以海藻酸钠为固定化载体，以氯化银/磷酸银/氮化碳为光催化剂的复合固定化光催化材料，通过表征分析材料的形貌结构、元素组成和光学性质，并结合DBP的光催化降解实验考察复合固定化光催化材料的光催化性能。在考察不同影响因素对DBP光催化降解的影响的基础上，分析光催化过程中活性物质的种类，并探索其生成途径及各自的作用贡献率，同时结合催化材料的能带结构，揭示固定化光催化材料的光催化机理；基于DBP的降解中间产物的测定结果，利用同位素示踪的方法，研究DBP的光催化降解路径和机理。项目的研究成果可以为固定化光催化技术在降解地表水中DBP的应用提供理论基础和技术支撑。

邻苯二甲酸二丁酯（DBP）在地表水中广泛存在，其产生的雌激素效应对水生生物和人类的健康构成严重威胁。光催化技术是一种降解DBP的有效途径。本论文主要针对光催化降解技术在邻苯二甲酸二丁酯（DBP）降解过程中的应用，系统研究了光催化材料的制备、表征、光催化机理以及催化材料的固定化，并对DBP的降解机理和降解过程进行了研究，主要结论如下：.（1）以三聚氰胺作为前驱体，利用化学共沉淀法和离子交换法制备得到复合光催化材料AgCl/Ag3PO4/g-C3N4，表征结果显示AgCl和Ag3PO4以颗粒的形态均匀分布g-C3N4片层结构的表面，改性后复合材料的吸光性能和光催化活性得到了加强。.（2）当复合材料中AgCl/Ag3PO4与g-C3N4物质的量比为30%时，材料对DBP的光催化降解效果最好，此时DBP的降解速率常数为0.552 h-1，是相同条件下g-C3N4（0.041 h-1）为催化剂时的13.5倍。.（3）溶液pH会影响水体中DBP的光催化降解，DBP的降解速率高低顺序依次是pH=5＞pH=9＞pH=7＞pH=3。NO3-对Ag3PO4/g-C3N4光催化降解DBP的影响不大，而添加Cl-，SO42-后，DBP的光催化降解受到抑制。.（4）·OH，·O2-和h+是DBP的光催化降解反应中的主要活性物种，其中h+起最主要的作用，1O2在光催化反应过程中没有起到或者只是起到很小的作用，复合材料光催化性能的提高的主要原因是形成的三元体系异质结结构。.（5）相比于粉末态的催化材料，固定后催化材料对DBP的光催化降解速率有所下降，但固定化处理有效的简化了材料的分离过程，并且降低了材料泄露的风险。经过3次重复利用后，催化剂微胶囊对DBP仍具有良好的光催化降解效果。.（6）DBP发生光催化降解时，活性基团首先攻击DBP的侧链，使其产生邻苯二甲酸单丁酯，然后继续形成断链形成邻苯二甲酸，而后邻苯二甲酸被活性自由基团氧化后可能发生脱羧酸或脱羟基过程，生成邻苯二甲酸酐和苯，活性自由基团对邻苯二甲酸和邻苯二甲酸酐苯环上的强氧化作用，导致了开环产物丁二烯酸的产生，最终这些中间产物进一步被氧化降解为CO2和H2O等小分子物质。