随着全球经济的快速发展,大量的化学物质的生产与应用,以及工业废水、废渣和废气过度排放带来了一些的环境污染问题。环境保护与污染控制成为了实现可持续发展的迫切需求之一,并且也成为全球各国政府的共识。目前,应用于实际污水治理方法包括有物理法、化学法和生物法等等。这些技术各有千秋,但都存在效率低、应用范围窄、不能完全矿化污染物等问题。而作为高级氧化技术之一的二氧化钛光催化技术可以弥补这些缺点。二氧化钛可以对无机与有机污染物实现光化学转化,因此受到环境科学界的关注。二氧化钛的应用优势在于无毒、稳定和廉价等特点。在本次试验中所用的二氧化钛为两种,一种是100%锐钛型二氧化钛,另一种是混晶型二氧化钛(80%锐钛型和20%金红石)。环糊精是一种有6个或更多的D葡萄糖通过α-1,4糖苷键相连的圆台状分子。常见的环糊精有α-环糊精(6个葡萄糖单位)、β-环糊精(7个葡萄糖单位)和γ-环糊精(8个葡萄糖单位)。环糊精的腔体内部覆盖的是葡萄糖氢原子因此表现出疏水性,分子外部分布有羟基因此表现出亲水性。环糊精可以与多种尺寸合适的无机物、有机物和自由基形成非共价键的包络化合物。环糊精对异构体的选择性包络被称为手性识别。在包络化合物中,环糊精腔体限制可导致客体分子物理和化学性质发生改变。随着环糊精研究的深入,开始越来越受到环境科学界的关注。基于对二氧化钛、环糊精的文献分析和本实验室的前期研究基础,我们提出采用β-环糊精改性二氧化钛的方法,来提高二氧化钛的吸附能力,实现二氧化钛的选择性光降解。(1)β-环糊精在两种二氧化钛表面吸附行为研究结果表明,β-环糊精的吸附平衡规律符合langmuir等温线模型；β-环糊精吸附动力学规律符合准二级动力学方程。随着β-环糊精初始浓度增加,吸附准二级动力学速率常数增大。β-环糊精在两种二氧化钛表面光降解研究结果表明,β-环糊精初始浓度越高光降解表观速率常数越低,氧化钛投加量越大光降解表观速率常数越大。pH在二氧化钛等电点时,二氧化钛对环糊精的吸附量最大,表现出光解速率最大。光降解初始阶段β-环糊精在两种二氧化钛表面光降解规律符合Langmuir-Hinshelwood动力学方程,且混晶型P25的光降解速率为锐钛型TiO2的1.55倍,这主要是由于P25二氧化钛的混晶效应。氧气对β-环糊精在两种二氧化钛表面光降解具有促进作用,因为吸附于催化剂表面氧分子捕获电子有利于延长空穴电子对的复合时间。(2)两种改性方法修饰的二氧化钛为吸附剂,对BPA的吸附实验结果可知,[3-(2,3-环氧丙氧)-丙基]三甲氧基硅烷(即S1)作为交联剂的改性方法对BPA的吸附促进作用显著。TiO2-S1-CD和P25-S1-CD经多种手段表征可知,二氧化钛粒径变大、比表面积变小、晶型和对紫外光的吸收无改变、荧光强度衰减。并通过红外光谱法证明了二氧化钛表面的环糊精交联成功。通过固体TOC的测定推算出二氧化钛表面p-环糊精的含量。p-环糊精修饰二氧化钛对BPA的吸附平衡数据符合Langmuir模型,吸附动力学数据符合准二级动力学模型。推测了BPA在环糊精修饰二氧化钛颗粒上的吸附过程。(3) P25-S1-CD对染料、酚类化合物和重金属三种污染物的光化学转化实验结果表现出不同的选择性。这种差异的原因在于P25-S1-CD可以对降解机理为光敏化的染料,通过吸附增强而增强底物的降解。但是,对于光催化机理的酚类化合物和重金属,都未表现出吸附增强同时光化学转化增强的现象。系统研究P25-S1-CD对橙黄Ⅱ光降解发现,反应过程会受到初始浓度、pH值、投加量等因素的影响。在通过L-H方程的拟合计算可知,P25-S1-CD相对于P25的光降解速率提高8.41倍。证明光降解中·OH为主要的氧化剂之一。(4)在TiO2和TiO2-S1-CD两种体系中双底物的还原氧化实验结果可知,Cr(Ⅵ)/BPA/TiO2表现出较好的协同效应。初始浓度的增加,会抑制被增加浓度底物的光解速率,对固定浓度的底物有促进作用。催化剂投加量多,pH越低越有利于还原氧化速率。Cr(Ⅵ)光还原机理在于与二氧化钛光生电子发生反应。BPA的光氧化机理在于与单线态氧、空穴等活性物质反应。