纳米氧化铟形貌调控及其光催化降解全氟辛磺酸的机理研究

全氟辛磺酸是2009年《持久性有机物公约》中新增加的持久性有机污染物，性质十分稳定，即使氧化还原性能强大的二氧化钛光催化也不能将其有效分解，国内外尚未有关多相光催化降解全氟辛磺酸的报道。申请人前期研究发现氧化铟等氧化物能通过光生载流子-污染物间的直接传递作用使得全氟辛酸等全氟化合物分解。本课题将采用水热法、溶剂热法调控氧化铟的形貌，并在氧化铟表面沉积纳米贵金属，研究氧化铟形貌及贵金属表面修饰对全氟辛磺酸光催化降解的影响，以提高全氟辛磺酸光催化降解的速率。同时，采用液质联用、热脱附-气质联用等分析全氟辛磺酸降解可能产生的液相和气相中间产物；研究反应气氛、牺牲剂等对全氟辛磺酸降解的影响，采用电子顺磁共振波谱仪检测各种反应条件下光生空穴转化为羟基自由基的情况，并结合氧同位素实验探讨水和氧气在反应中的作用，在此基础上阐明全氟辛磺酸光催化降解的机理。

全氟辛磺酸和全氟辛酸是新兴的持久性有机物，这些污染物在环境中被普遍检出，具有难降解性、生物积累性和毒害性，常规的生物法和高级氧化法均不能将其降解。本项目旨在研究发现针对这些污染物的新的降解方法和纳米光催化材料。主要取得以下成果：.（1）发现氧化铟光催化降解全氟辛酸，并揭示氧化铟通过光生空穴途径降解全氟辛酸；研制了多种纳米结构的氧化铟，如纳米球、纳米方块、纳米片，氧化铟多孔纳米片的比表面积为156.9 m2/g，对全氟辛酸降解的半衰期只有4.4 min。.（2）合成了2种纳米氧化镓，均具有优良的紫外光催化降解PFOA活性。束状Ga2O3降解PFOA的反应速率常数（4.85/h）是商品Ga2O3的16倍、商品TiO2的44倍。调节pH值至酸性并采用185 nm真空紫外光为光源，城市污水中微量PFOA降解速率常数达到4.29 /h，能耗为88.9 kJ/μmol，远优于文献报道值。.（3）发现在微量铁离子存在下，全氟辛磺酸被254 nm紫外光降解。当铁离子浓度为100 μM时，初始浓度为20 μM的PFOS降解一级动力学常数为1.67 /d，比直接光解提高了约50倍。在城市污水厂二级出水中，采用185 nm的真空紫外光可以有效消除共存有机物对PFOS降解的影响。PFOS与铁离子在溶液中形成了配合物，ESR表明在紫外光的照射下Fe3+-PFOS配合物的电子态发生了改变，氧气气氛和羟基自由基的存在都有利于PFOS脱氟，由此提出了PFOS的降解机理。.（4）发现在碱性无氧条件下全氟辛磺酸被185nm紫外光降解，而且直链和支链全氟辛磺酸降解的差异性。当pH为12.5时，初始浓度为20 μM的商品PFOS中支链PFOS降解的一级动力学常数为0.0806 min-1，直链PFOS动力学常数为0.0175 h-1。PFOS的降解主要是由VUV光解水产生的水化电子引起的。.以上研究结果已发表在10篇SCI论文中，包括Environmental Science & Technology上1篇，Applied Catalysis B: Environmental上2篇，累计被引用106次；在Springer出版的英文专著章节1个，申请并得到授权的发明专利1项。参加了多次国内外学术交流，其中国际大会报告1次，邀请报告4次，全国性会议上主题报告2次。