[發明專利]一種光電催化處理工業廢水的方法

無效

• 申請號: 201010157248.0
• 申請日: 2010-04-23
• 公開（公告）號: CN101798126A
• 公開（公告）日: 2010-08-11
• 發明（設計）人: 劉中清;李丹丹;顏欣
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: C02F1/30
• 分類號: C02F1/30;C02F1/48;C02F1/72;C02F1/58;C02F101/22;C02F101/30;C02F101/36;C02F101/14
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技術領域

本發明屬于環境保護與治理方面的工業廢水處理領域。采用鈦陽極氧化制備的高度有序TiO₂納米管陣列薄膜為光電極材料，高純石墨或賤金屬材料為對電極，在0～3V直流偏壓作用并在太陽光或模擬太陽光輻射下，將染料或農藥廢水中的有機物在陽極徹底礦化為H₂O和CO₂，將重金屬離子還原成低價離子或金屬單質。該技術結合了電催化和光催化的優點，通過外電路對光生電子的快速輸運及電場輔助光生空穴的陰極遷移，加速光生電子-空穴對的分離，降低其復合的可能，可顯著提高催化效率，是一項節能、高效、高選擇性、清潔、低成本處理單一(染料如造紙廠、印染廠、制藥廠的有機廢水等，或重金屬離子如電鍍廠含鉻廢水、冶金工廠含汞廢水等)或復合廢水的先進技術。

背景技術

TiO₂的帶隙能為3.2eV(銳鈦礦型)，相當于波長為387.5nm光子能量。當TiO₂受到波長小于387.5nm的紫外光照射時，價帶上的電子躍遷到導帶上，從而產生光生電子(e^-)—空穴(h⁺)對。所產生的h⁺分別與吸附在TiO₂顆粒表面的O₂和H₂O分子氧化生成O₂^-和·OH自由基。O₂^-和·OH這兩種活性物質具有極強的氧化能力，完成氧化分解反應，尤其是·OH基，具有高達501KJ/mol的能量，而有機分子中的C-C，C-H，N-C，C-O，O-H，N-H鍵的鍵能分別為347KJ.mol^-1，414KJ.mol^-1，305KJ.mol^-1，351KJ.mol^-1，464KJ.mol^-1，388KJ.mol^-1，比·OH基的能量低得多。因此，許多種氣相有機污染物都可以通過光催化氧化過程快速分解，包括脂肪烴、醇、醛、酮、鹵代烴、芳烴、硫醇及雜原子有機物、NO_x、SO_x等，美國環保局公布了九大類114種有機物被證實可以通過光催化氧化處理。利用光催化氧化的方法處理生活用水可避免常規氯化法或臭氧法處理產生的氯仿或溴酸根等致癌附產物，達到深度礦化的目的，更顯示出光催化氧化處理的優越性。該方法尤其適合于無法或難以生物降解的有毒有機物質的處理。

光生電子具有很強的還原能力，水中的重金屬離子可通過接受二氧化鈦表面上的電子而被還原。例如Cr⁶⁺具有較強的致癌性，其毒性比Cr³⁺高出100倍。在Cr⁶⁺-TiO₂體系中^[29-32]，光生電子被Ti⁴⁺捕獲而生成Ti³⁺，Cr⁶⁺的光催化還原主要從Ti³⁺上得到電子間接還原為主；該法也可用于某些貴金屬低濃度水溶液中有價金屬的綜合回收或光催化還原防腐，還可用于光催化氧化/還原協同體系同時去除水中重金屬離子和有機污染物，如對含金屬離子Cr，Ag，Au，Cd，Cu，Hg，Ni和Pt等以及有機物甲醇、甲酸、水楊酸、EDTA、苯酚和硝基苯等的廢水的光催化氧化/還原處理。