用于去除微囊藻毒素的新型复合氧化物基介孔碳的可控制备与再生研究

蓝藻水华释放的肝毒性代谢物微囊藻毒素(MCs)造成的饮用水污染已成为国内外普遍关注的环境问题。在前期研究多孔碳吸附与光催化降解MCs的基础上，通过三元共组装和原位晶化法，制备能高效吸附水中微量MCs、且能在可见光作用下催化再生的烧绿石型复合氧化物有序介孔碳（Bi2MNbO7/OMC）。采用微结构表征技术分析制备过程中碳成分与Bi2MNbO7晶体的相互作用机制，探明溶液pH、碳化温度及反应物比例等参数对Bi2MNbO7/OMC孔径、有序性和催化活性的影响，并以正交实验法确定具有特定孔径与高催化活性的Bi2MNbO7/OMC最佳制备条件。通过动力学吸附模型，研究MCs在不同孔径Bi2MNbO7/OMC上的吸附行为；分析Bi2MNbO7/OMC对MCs的光催化效率及再生性能，为高效去除水中微量MCs提供一种新的材料与方法,并为设计具有可见光催化活性的烧绿石型复合氧化物基介孔碳分子筛提供科学依据。

本项目首先利用三嵌段共聚物（F108、F127与P123）与低分子量酚醛树脂(苯酚/甲醛)通过溶液挥发自组装，制备了一系列孔道排列有序的有序介孔碳，并通过改变三嵌段共聚物类别、碳化温度以及增添1,3,5-三甲苯扩孔剂，对介孔碳孔径在2.5～6.8nm间进行了可控调节。研究发现，有序介孔碳介孔孔容对水中污染物的吸附性能起关键作用，制备有序材料介孔孔容与其对水中MC-LR的吸附量具有良好的正相关关系，这主要是由于制备的有序介孔碳的孔容集中5nm附近，对水中的MC-LR起到了筛分作用的原因。以金属硝酸盐和Nb2O3为原料，采用柠檬酸溶胶-凝胶合成方法合成的烧绿石复合催化材料Sm2InNbO7可见光催化活性强，对水中的亚甲基蓝具有良好的可见光降解作用。研究发现，通过溶液挥发自组装与浸渍结合，可制备出有良好有序结构的介孔碳基光催化复合材料Sm2InNbO7/OMC，复合材料Sm2InNbO7/OMC对水中MC-LR性能随着浸渍次数的增大先增大后降低，表明Sm2InNbO7负载可催化降解OMC自组装过程中未降解的三嵌段共聚物，使得介孔孔容与有序性均增强，但过量的Sm2InNbO7可进一步催化介孔碳致使其碳壁塌陷而失去有序性。为解决分子自组装介孔碳材料成本高的问题，研究以生物质甘蔗渣代替三嵌段共聚物，利用微波加热高效、选择以及快速升温的特性，通过微波辅助磷酸活化制备了介孔孔容与比表面积较大的生物质介孔炭，试验表明，通过调节调节活化功率，可在微孔与得率相对稳定的基础上，对中孔结构进行有效调控。研究还表明，研究制备的有序介孔碳基材料Sm2InNbO7/OMC以及生物质炭基材料Sm2InNbO7/I3对水中的MC-LR具有良好的吸附作用与降解作用，吸附饱和的材料在30min内可实现可见光催化再生。