可见光诱导型光催化剂的制备及光电催化降解微囊藻毒素研究

以自然水体中微囊藻毒素为目标污染物和研究对象，使可见光诱导型TiO2纳米管能高效光电催化降解MCs，开展阳极氧化法制备TiO2纳米管的研究，通过优化工艺条件，研制出具有更大比表面积和更强吸附性能的光催化剂，提高其光电催化效率；采用电化学方法对TiO2纳米管进行非金属二元掺杂，激发其对可见光的响应，提高可见光利用率；对MCs的吸附传质特性与光电催化协同作用、MCs的降解客观规律与机理和动力学进行深入研究。本研究将采用电化学法以实现TiO2纳米管的制备与掺杂过程一体化，为利用太阳能光电催化降解水中MCs走向实用化提供重要的基础数据及理论指导，具有重大的科学意义和广泛的应用前景。

水体富营养化引起的蓝藻水华暴发，可造成微囊藻毒素(MCs) 的严重污染。TiO2光催化技术是一种高效、安全无二次污染的高级氧化技术。本研究采用“草酸+氟化铵”水相电解液体系，通过阳极氧化法制备出TiO2纳米管。研究发现当氧化电压为20 V、pH为4、氧化时间2 h时制备的纳米管形貌最清晰，孔径为50 nm左右，管长可达1000 nm，纳米管长度取决于孔底的电化学反应速率和化学溶解速率之间的平衡。将TiO2纳米管用于MC-LR（MCs的代表性同分异构体）的光催化降解实验，结果表明，TiO2纳米管可以有效地降解不同浓度的微囊藻毒素。室外实验中，在未放置TiO2纳米管催化剂烧杯中，在较强的太阳光的照射下，MC-LR 7 h降解率只有0.4%；而放置在TiO2纳米管催化剂的MC-LR迅速被降解，1 h时降解率为53.7%，7h时降解率达到了96%，降解反应符合准一级动力学。经过十次重复实验，MC-LR降解率稳定。.通过分析MCs光催化降解中间产物，推测了三条新的反应路径：1）MCs的毒性表达基团—Adda基团支链共轭双键被氧化或被水解并脱离肽环结构，基团上的羧酸被羟基自由基攻击并脱羧，Adda上的甲氧基被氧化成甲酸酯，之后水解并氧化；2）羟基自由基攻击苯环，使部分H被羟基替代，Adda基团逐步被氧化成小分子物质；3）肽环结构上的Mdha基团被脱去，肽环断裂，之后逐步水解成多肽化合物或氨基酸，最终矿化成CO2和H2O。