几种新型半导体声催化剂的制备及常见毒品的超声催化降解

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当今社会,毒品仍然是人们无法摆脱的梦魇。尽管各国政府一直在努力禁毒,但制毒物品外流案件仍然屡禁不止,合成类毒品仍然层出不穷,毒源地仍在不断涌现,毒品消费市场仍在持续扩大。目前,我国的毒品问题呈现出四处渗透、全面包围的态势,走私与消费并存,制造与贩卖同在。特别是近些年,国内非法制贩脱氧麻黄碱、2-(甲基氨基)-1-苯基-1-丙酮、“K粉”等新型毒品的犯罪活动日益猖獗,每年侦破的非法制造毒品案件多达数百起,缴获的各类毒品多达数十吨,而毒品半成品、毒品溶液、含有毒品的废液以及被毒品污染的水体则以万吨计。对于毒品来说,传统的焚烧和填埋手段严重污染大气、水体和土壤,对环境危害巨大,为环保相关法律所不容。毒品的无害化处理已经成为一个世界性难题,逐渐引起各国政府和环保机构的关注。近年来,半导体声催化技术取得了令人瞩目的发展,大量的性能优异的新型复合材料被制备出来并应用于环境及能源领域。此外,作为一种高级氧化技术,超声波因其超强的穿透性尤其适合于毒品加工厂产生的深色不透明的含毒品液体的处理。声催化技术与超声降解技术的完美结合为毒品的处理指明了方向,使无害化的理想逐渐变成现实。近年来,研究小组一直在从事半导体声催化剂的制备及常见毒品的声催化降解技术研究。研究发现,将宽带隙半导体材料与窄带隙半导体材料复合或者将半导体材料与上转换发光剂复合后,所得催化材料的声催化活性明显提高。研究小组据此设计、制备了若干半导体声催化材料,并尝试着对常见毒品进行了声催化降解。主要工作如下;1.通过水热法合成了Nb2O5的纳米粉末,并且对其利用XRD、EDX、SEM、UV-vis等设备分别进行了表征。利用纳米Nb2O5粉末对K粉水溶液进行了超声催化氧化处理。着重考察了超声波清洗器的功率,纳米Nb2O5粉末的煅烧温度,K粉水溶液温度以及纳米Nb2O5粉末的回收次数等因素对降解结果的影响。还通过气质联用仪对K粉的降解产物进行了分析。结果表明:500°C高温煅烧1.0 h制备的Nb2O5纳米材料,对氯胺酮具有良好的催化降解效果。而且Nb2O5材料性质稳定,不溶于水,可以多次回收利用。2.针对Nb2O5带隙较宽,只能选择性地利用声致发光中波长较短的紫外光的缺陷,合成了上转光剂Er3+:YAlO3,并通过水热合成的方法制备了复合声催化材料Er3+:YAlO3/Nb2O5。以盐酸脱氧麻黄碱为目标降解物,研究了Er3+:YAlO3/Nb2O5复合催化材料的声催化降解活性,并对其影响因素进行了考查。结果表明:Er3+:YAlO3/Nb2O5(500°C煅烧1.0 h),在超声波清洗器功率为700 W、超声波频率为45 kHz,盐酸脱氧麻黄碱水溶液温度为35°C的情况下,对10.0 mg/L的盐酸脱氧麻黄碱水溶液超声催化降解5.0 h,降解率达到了82.17%。通过气质联用仪分析,我们发现盐酸脱氧麻黄碱被迅速矿化。3.合成了Er3+:YAlO3/TaxNbyO5(x+y=2)系列复合催化材料,并对其进行了表征。我们用该复合声催化材料对10.0 mg/L的咖啡因水溶液进行了超声催化降解,同样考察了其催化活性的影响因素。结果表明,当Er3+:YAlO3与TaxNbyO5(x+y=2)质量比为0.15:1,Ta2O5与Nb2O5量比为0.5:1.5时,在500°C下煅烧1.0 h后所得到的Er3+:YAlO3/Ta0.5Nb1.5O5,在35°C的咖啡因水溶液温度下经700 W,45 KHz的超声照射2.5 h后,可使咖啡因降解达82.62%。4.合成了Er3+:YAlO3/WO3-TaxNbyO5(x+y=2)系列复合催化材料,同样进行了表征。我们用Er3+:YAlO3/WO3-TaxNbyO5(x+y=2)系列复合催化材料对盐酸哌替啶水溶液进行了超声降解,摸索了较优的处理条件。结果表明,Er3+:YAlO3/WO3-Ta0.5Nb1.5O5在35°C的盐酸哌替啶水溶液温度下经700 W,45KHz的超声照射2.5 h后,可使盐酸哌替啶降解86.64%。我们设计、合成的上述声催化材料性能稳定、绿色环保、可重复使用,所建立的声催化降解毒品的方法简单易用,非常适合毒品、制毒物品的无害化处理。
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