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我国是一个油脂生产和消费大国,食用油产量可达2722万吨,国内消费油脂可达3284万吨,其中,花生油在油脂中具有不可替代的作用,年产量可达300万吨。花生油的营养非常丰富,除了含有丰富的脂肪酸之外,还含抗衰老成分,不仅能够有效延缓人体大脑功能的衰老退化,而且花生油含锌量是菜籽油、豆油和色拉油的数倍,对公众补锌起到至关重要的作用。然而,在花生油加工储藏和运输等各个环节,都极易被黄曲霉毒素(Aflatoxin,AFT)污染。黄曲霉毒素是一类毒性极强的物质,毒性远远高于氰化物、砷化物和有机农药等,被世界卫生组织的癌症机构划定为I类致癌物,其中以黄曲霉毒素B1(Aflatoxin B1,AFB1)毒性最大。传统的去除黄曲霉毒素的方法有三类,通常分为物理法、化学法以及生物法,但是这些方法都存在一些问题,不能够安全有效的去除黄曲霉毒素,还会引入新的污染物,降低花生油的品质。二氧化钛(TiO2)光催化技术是近几年新兴的一种催化降解技术,被广泛应用于光电化学、环境保护、水解制氢等领域。TiO2可以吸收大于其禁带宽度的能量,使价带上的电子发生跃迁,形成具有高催化活性的光生电子e-和光生空穴H+。然而,纳米半导体TiO2的禁带宽度较大,只能利用太阳光中的5%的光能,利用效率太低,且产生的光生电子空穴对极易复合,导致了TiO2的光催化活性很低。因此,必须对TiO2进行掺杂改性,减小TiO2禁带宽度,抑制光生电子空穴对的复合,提高光催化效率。最近有学者发现,对TiO2进行共掺杂改性,可以使不同离子协同作用,提高光催化活性。本文的TiO2采用德国Degussa公司的P25,通过浸涂和煅烧的方式将TiO2负载到石英玻璃管上,考察了光照强度、聚乙烯吡咯烷酮-K30(Polyvinylpyrrolidone-K30,PVP-K30)添加量、铁掺杂量、碘掺杂量以及铁碘共掺杂量对紫外光催化降解花生油中AFB1的影响,并结合场发射扫描电镜(FESEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外可见漫反射(UV-Vis DRS)对光催化材料进行表征测试的结果,分析影响TiO2活性的主要因素和制备的最佳条件。(1)采用凝胶溶胶法和浸渍煅烧的方法,将TiO2固定到石英玻璃管表面,制成负载型TiO2薄膜(supported nano-TiO2 thin film,STF),在自制反应器中进行试验,固定AFB1初始浓度80μg/kg,花生油循环速度500 m L/min。结果表明,光照强度为240μw/cm2、PVP-K30添加量为15%时,降解效果最好,降解率达60.67%,假一级动力学模型拟合效果较好(R2>0.95),K’值最大为0.00668 min-1。(2)以Fe(NO3)3为铁源,对STF进行掺杂改性,制备铁掺杂负载型TiO2薄膜(iron doped supported nano-TiO2 thin film,Fe-STF)。结果表明,随着铁掺杂量的增加,AFB1降解率出现先增大后减小的趋势,当n(Ti):n(Fe)=3:1时,即Fe-STF-3的AFB1降解率最高,为69.73%。假一级动力学模型对试验结果有较好拟合效果(R2>0.95),Fe-STF-3的K’值为0.00921 min-1,与未掺杂的STF相比,K’增大了37.87%。(3)以KIO3为碘源,对STF进行掺杂改性,制备碘掺杂负载型TiO2薄膜(iodine doped supported nano-TiO2 thin film,I-STF)。结果表明,随着碘掺杂量的增加,AFB1降解率逐渐增加,当n(Ti):n(I)=1:4时,降解率达到最大,为67.46%,此后,降解率开始减小。假一级动力学模型对试验结果有较好拟合效果(R2>0.95),I-STF-4的K’值为0.0091min-1,与未掺杂的STF相比,K’增大了36.23%。(4)以KIO3作为碘源,以Fe(NO3)3为铁源,制备不同掺杂比例的铁碘共掺杂负载型TiO2薄膜(iron-iodine co-doped supported nano-TiO2 thin film,Fe-I-STF)。结果表明,Fe-I-STF-5的光催化效率最高,此时的AFB1降解率达75.73%,与未掺杂的STF相比,降解率提高了15.06%。假一级动力学模型对Fe-I-STF试验结果进行拟合,拟合效果较好(R2>0.95),Fe-I-STF-5的K’值为0.01163 min-1,与未掺杂的STF相比,K’增大了70.06%。重复稳定性试验表明,Fe-I-STF具有较好的重复性,重复使用降解效率没有明显下降,降解后的AFB1含量符合国家标准,并且稳定性较好。(5)花生油的酸价(AV)和过氧化值(POV)经过120 min的光催化降解后,在不同光催化剂下(STF、Fe-STF、I-STF、Fe-I-STF),均呈现相似的变化趋势。AV无明显变化,在0.7mg/g附近波动;POV略有增加,以一阶指数衰减(first-order exponential decay,Exp Dec1)模型对POV进行拟合,拟合效果较好(R2>0.95),在反应一段时间后,POV会达到一个相似的平衡状态。无论是AV还是POV,经过120min降解后,依然符合我国一级压榨花生油的标准。(6)FESEM和EDS mapping表征结果:未掺杂的STF光催化剂均匀的负载到石英玻璃管表面,有一定小型的团聚现象,经过铁和碘掺杂改性后,光催化剂致密的负载到石英玻璃管表面,并聚集在一起,形成空间立体结构,扩大了光催化剂的接触面积和反应位点。(7)XPS表征结果:对八种不同的光催化剂(STF、Fe-STF-3、Fe-STF-4、I-STF-2、I-STF-4、Fe-I-STF-1、Fe-I-STF-5、Fe-I-STF-9)进行XPS表征,可以发现,铁和碘的掺杂,可以提高TiO2中羟基自由基·OH和Ti3+的含量。羟基自由基·OH和Ti3+是光催降解重要的活性物质,·OH和Ti3+比例的提高,有利于提高光催化剂的光催化活性,提高降解效率。(8)XRD表征结果:对STF、Fe-STF、I-STF和Fe-I-STF进行XRD表征,可以发现,铁和碘的掺杂,在一定程度上改变了二氧化钛锐钛矿相和金红石相的比例,混晶效应能够提高光催化剂的活性。(9)UV-Vis DRS表征结果:纯P25的禁带宽度3.2 e V,经过负载以后,STF的禁带宽度降低为2.995 e V;Fe-STF、I-STF的禁带宽度分别为2.783 e V和2.633 e V,均低于纯P25以及STF;Fe-I-STF的禁带宽度为1.808 e V,明显要低于铁掺杂或碘掺杂的光催化剂。掺杂改性之后的铁碘共掺杂光催化剂,光催化响应范围拓展到了可见光区域,提高了光催化活性。