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摘 要

全氟辛酸是一种有机酸，属于全氟化合物。全氟辛酸在室温下呈白色，主要起表面活性及乳化作用。全氟辛酸在在然条件下很难降解，且经验证可以经由大气、水和饮食进入体内。潜在的风险主要包括可能导致生育水平的降低加上其他免疫系统疾病。

本实验着眼于全氟辛酸自然降解率较低的问题，在传统光催化剂BiOBr及TiO₂研究基础上，利用水热法合成BiOBr，又合成了改良性质的掺杂了Bi₂O₃的BiOBr，并验证了其光催化降解全氟辛酸的能力。本实验也验证了底物质量比、反应温度和反应时间对于光催化剂性能的影响。得出的初步结论是：当Br与Bi的质量比为0.2，合成温度为140 ℃且合成时间为10 h时，所制备的催化剂降解效果最好，降解率达到85%。

关键词：全氟辛酸 BiOBr光催化剂 光催化 反应温度 反应时间

Preparation of BiOBr Photocatalyst and Degradation of Perfluorooctanoic Acid with Acousto-Photocatalytic Technology

ABSTRACT

Perfluorooctanoic acid is an organic acid in perfluorinated compounds. It is white crystals at room temperature. Its main functions include surfactants and emulsifiers. Perfluorooctanoic acid is difficult to degrade naturally, and has been proven to enter the human body through food, air and water. Potential hazards mainly include the possibility of decreasing fertility and other immune system diseases.

In this experiment, I focus on the problem of low natural degradation rate of perfluorooctanoic acid. Based on the research on the existing photocatalysts BiOBr and TiO2, BiOBr was synthesized by thermal method, the properties of BiOBr doped with Bi₂O₃ were improved, and the resolution of oxalic acid oxidized with purple was verified. This experiment also verified the effects of substrate mass ratio, reaction temperature and reaction time on the performance of the photocatalyst. The preliminary conclusions drawn are: when the mass ratio of Br to Bi is 0.2, the synthesis temperature is 140 ℃ and the synthesis time is 10 h, the prepared catalyst has the best degradation effect and the degradation rate reaches 85%.

Key words: Perfluorooctanoic acid; BiOBr photocatalyst; Photocatalytic； temperature reflex；Reaction time

目 录

摘要 I

ABSTRACT i

第一章 文献综述 1

1.1 全氟辛酸的性质及危害 1

1.1.1 概述 1

1.1.2 PFOA的理化性质及用途 1

1.1.3 全氟辛酸的危害 2

1.2 全氟辛酸的降解方法 2

1.2.1 热处理法 2

1.2.2 还原降解法 2

1.2.3 光化学降解法 2

1.3 光催化降解介绍 3

1.3.1 光催化基本原理 3

1.3.2 光催化应用 4

1.4 BiOBr光催化剂 5

1.5 研究前景和展望 5

第二章 材料与方法 7

2.1 实验材料 7

2.1.1 实验试剂 7

2.1.2 实验仪器 7

2.2 实验方法 7

2.2.1 BiOBr光催化剂的制备 7

2.2.2 Bi₂O₃/BiOBr光催化剂的制备 8

2.2.3 NaF标准曲线的绘制 8

2.2.4 BiOBr光催化剂性能预实验 8

2.2.5 Bi₂O₃/BiOBr光催化剂催化降解实验 8

2.2.6 溴与铋的质量比对光催化剂的影响 9

2.2.7 合成时间对光催化剂的影响 9

2.2.8 合成温度对光催化剂的影响 9

第三章 结果与讨论 11

3.1 NaF标准曲线 11

3.2 BiOBr与Bi₂O₃/BiOBr光催化能力比较 11

3.3 溴与铋的质量比对光催化剂的影响 12

3.4 合成时间对光催化剂的影响 13

3.5 合成温度对光催化剂的影响 14

第四章 总结与展望 16

参考文献 17

致谢 20

文献综述

全氟辛酸的性质及危害

概述

1947年，美国明尼苏达矿业制造有限公司（简称3M公司）成功研制出全氟化合物，由于其具有优良的热稳定性、化学稳定性、高表面活性、疏水和疏油性能，开始被广泛应用于润滑剂、灭火剂、表面活性剂、清洗剂、化妆品、纺织品、室内装潢、皮革制品等生产领域。目前最引人注目的两种主要包括全氟辛烷磺酸和全氟辛酸（PFOA）^[1]。

全氟辛酸的相对分子质量是414.07，熔点在47 °C，特征性主要包括不亲水和不亲油,该化合物的化学结构相比较于其他的表面活性剂更稳定^[2]。因为全氟辛酸具有高温耐受性，同时具有较强的抗氧化性，为人们的生活提供了诸多益处，应用范围也日益广阔。经实验证实，PFOA耐酸抗氧化，难以降解，而且比较容易在生物体内富集^[3]。由于全氟辛酸到今天为止已经使用了很长一段时间，它已逐渐成为一种新的污染源，到目前为止最令人忧虑的是至今还找不到实例可以验证全氟辛酸可以在自然条件下分解。全氟辛酸可以通过呼吸和饮食进入人体内。科学实验得出，PFOA半衰期存在差异，通过检测密切接触全氟辛酸的人员体内全氟辛酸含量变化推算出全氟辛酸在生物体内可停留长达4.37±3.55年。

PFOA的理化性质及用途

物理性质：全氟辛酸熔点在55到60 ℃。沸点一般在189到191 ℃，水溶性为3.3 g/L。0.1%全氟辛酸溶液表面张力18 mN/m。在32 ℃水中的溶解度0.01～0.023 mol/L^[4]。常温下呈白色晶体状。

化学性质：强酸性，易与水分离。界面活性高，可以和碳酸钠反应，产物是盐；与醇反应获得酯^[5]。分解温度为240 ℃，分解时产生挥发性有毒气体。该毒气可损伤眼睛、粘膜和皮肤。

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