可用于降解氯酚类污染物的新型纳米反应器构筑及光催化行为和机理研究

Photocatalytic oxidation based on semiconductors is an advanced oxidation technique and has been widely investigated. Chlorophenol derived organic compounds are one of the 129 classes of persistent environmental pollutants and have attracted much attention due to their toxicity and completely inert toward biodegradation. However, chlorophenol pollutants are mainly oxidized by the photogenerated holes and hydroxyl free radicals on currently developed semiconductor photocatalysts, which still suffers from low reaction rate, low degradation efficiency and difficult recycling. To solve these issues, we propose to construct two new classes of nanoreactors TiO2@MIL101 and TiO2@IRMOF, by growing TiO2 photocatalyst within the nanopores in porous metal-organic coordinated polymers. The synthesis, adsorption behavior and photodegradation mechanism of the TiO2@MIL101/IRMOF reactors will be investigated and the photodegradation model of the persistent chlorophenol pollutants will be built. In addition, our project will provide valuable theoretical and experimental basis for constructing titanium based photocatalytic nanoreactors, and is also of great importance for the development of other environmental friendly and recyclable photocatalytic nanoreactors with high efficiency in visible range.

半导体光催化氧化技术是目前研究较多的一项高级氧化技术，是一种降解环境污染物的理想方法。氯酚类污染物是重点控制的129种持久性污染物之一。大多数氯酚类有机物具有毒性且生物难降解。基于半导体光催化降解氯酚类有机物过程中直接空穴氧化和羟基自由基氧化的机理，针对目前光催化剂降解该类物质速率较慢、效率不高及催化剂难回收的问题，本项目提出了利用易回收利用的多孔金属有机配位聚合物MIL101系列和IRMOF系列材料构筑用于光催化降解氯酚类污染物的纳米反应器。建立适合于氯酚类污染物降解的TiO2@MIL101/IRMOF光催化纳米反应器制备及光解模型。该项目的研制成功将对获得可降解氯酚类污染物的钛系光催化纳米反应器构筑提供有价值的理论和实验基础，对于开拓其它新型绿色、高效、可回收利用的对可见光响应的纳米反应器具有重要意义。

本项目主要是利用半导体光催化氧化技术降解氯酚类环境污染物。基于半导体光催化降解氯酚类有机物过程中直接空穴氧化和羟基自由基氧化的机理，针对目前光催化剂降解该类物质速率较慢、效率不高及催化剂难回收的问题，利用易回收利用的多孔金属有机配位聚合物MIL101系列和IRMOF系列材料构筑用于光催化降解氯酚类污染物的纳米反应器。建立了适合于氯酚类污染物降解的光催化纳米反应器制备及光解模型。. 历经三年的深入系统研究，该项目取得了系列原创性的研究成果。通过改变CQDs的掺杂量通过简便的一锅溶剂热法合成了CQDs@MIL-125(Ti)光催化剂。10 wt％的CQDs@MIL-125(Ti)光催化剂具有最高的光催化效率，降解率可以达到90％。采用一锅溶剂热法合成了BiOI/NH2-MIL-125（BNMT）光催化剂。通过在可见光下降解对氯苯酚，对BiOI/NH2-MIL-125(Ti)的光催化降解性能进行了研究。降解率可以达到97％以上。采用pH控制策略，通过简单的一步水热法制备了Bi3O4Cl/Bi12O17Cl2异质结光催化剂。与纯Bi3O4Cl相比，制备的Bi3O4Cl/ Bi12O17Cl2复合材料的光催化氧化能力较纯Bi3O4Cl增强，这是由于光生电荷载体的高效分离，电化学光电流和EIS测量结果证实了这一点。随着进一步的改进和优化，通过pH控制策略构筑的Bi3O4Cl/Bi12O17Cl2异质结光催化剂将为氯酚降解技术应用的未来发展提供前景。. 研究成果发表SCI收录论文40多篇，获吉林省科技进步奖二等奖1项。该项目的研制成功将对获得可降解氯酚类污染物的钛系光催化纳米反应器构筑提供有价值的理论和实验基础，对于开拓其它新型绿色、高效、可回收利用的对可见光响应的纳米反应器具有重要意义。