[發明專利]可見光增強電催化降解有機廢水的裝置及方法

有效

• 申請號: 201210238782.3
• 申請日: 2012-07-11
• 公開（公告）號: CN102730788A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 暢航;喬雷;張勝濤
• 申請（專利權）人: 重慶三眾環保投資顧問有限公司
• 主分類號: C02F1/30
• 分類號: C02F1/30;C02F1/48;C02F1/72;C02F1/28
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

技術領域

?本發明屬于光催化技術處理有機廢水技術領域，具體涉及一種可見光增強電催化降解有機廢水的裝置及方法。

背景技術

隨著我國工業的發展，有機廢水的排放量日益增加，光催化氧化技術是有機廢水處理的新技術、新方法。光催化氧化技術是在污染體系中投加一定量的光敏半導體材料，同時結合一定量的光輻射，使光敏半導體在光的照射下激發產生電子-空穴對，吸附在半導體上的溶解氧、水分子等與電子-空穴作用，產生·HO等氧化性極強的自由基，再通過與有機污染物之間的羥基加和、取代、電子轉移等使有機污染物全部或接近全部礦化降解。

但是光催化氧化技術在實際應用中存在諸多的不足及制約因素：目前主要使用的光催化劑是二氧化鈦，二氧化鈦的禁帶寬度為3.2ev，由于光激發的能量需要大于或等于禁帶，因此需要高能量的紫外光激發；光激發所產生的電子-空穴對極易復合，光催化的量子效率很低(?一般小于0.1%)；有機物分子需要吸附在光催化劑表面進行反應，而有機廢水中有機物種類復雜，現有的光催化劑選擇吸附性差。

發明內容

?有鑒于此，本發明提供了一種可見光增強電催化降解有機廢水的裝置及方法，實現可見光光催化，并且可以選擇性吸附有機物分子，實現選擇性光催化。

本發明公開了一種可見光增強電催化降解有機廢水的裝置，包括有機廢水容器、光電陽極、陰極和直流電源，所述有機廢水容器上設有入水口和出水口，所述光電陽極和陰極位于有機廢水容器內，所述光電陽極包括導電基底和安裝在導電基底上的硅片，硅片緊貼導電基底的一面設有金屬鍍層，另一面設有微米或納米孔道，所述光電陽極的導電基底與直流電源的正極連接，所述陰極與直流電源的負極連接。

進一步，所述導電基底上設有固定槽，所述硅片與固定槽可拆卸式連接。

進一步，所述硅片的孔道孔徑范圍為20nm~15μm。

進一步，所述陰極為導電玻璃陰極。

進一步，所述光電陽極和陰極分別位于有機廢水容器的背面和正面。

進一步，所述有機廢水容器的頂部設有攪拌裝置。

進一步，所述有機廢水容器的底部設有曝氣裝置，所述曝氣裝置通過管道與送氣裝置連通。

本發明還公開了使用上述裝置降解有機廢水的方法，以可見光照射所述光電陽極激發光電子和空穴，同時通過直流電源對光電陽極施加電壓，使光電陽極在電場偏壓協同作用下進行光催化降解有機廢水。

進一步，根據需要優先選擇吸附的目標污染物的尺寸大小，在所述光電陽極上設置具有相應孔道孔徑的硅片。

進一步，所述可見光為太陽光，直流電源對光電陽極施加的電壓在1.2V以下，降解有機廢水時對廢水進行攪拌，攪拌速度為500~2000?r/min。

本發明的有益效果在于：

1）本發明在光電陽極上設置硅片作為催化基材，硅屬于半導體，帶寬小，僅1.1ev，電化學修飾后為最大帶隙2.1ev，均在可見光范圍內即有吸收，可見光照射后即能激發光電子和空穴，進行光催化降解，因此，本發明采用可見光替代傳統的紫外線激發光電子和空穴，實現了可見光光催化；

2）本發明同時對光電陽極施加電壓，加強了光電陽極對有機廢水中有機粒子的吸附作用，達到了光電協同降解有機廢水的目的；另外，硅半導體中的電子在電場驅動下轉移更快，整個體系的能量傳輸率提高，提高了反應體系的催化效率；

3）本發明中使用的硅片表面設有微米或納米孔道，而硅片表面的這種幾何形貌結構就充當了分子篩的作用，不同孔道孔徑的硅片可以選擇性吸附不同尺寸大小的有機物分子，實現了選擇性光催化。

附圖說明

為了使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明作進一步的詳細描述，其中：

圖1為本發明的可見光增強電催化降解有機廢水的裝置的結構示意圖；

圖2為本發明實施例1中采用電化學陽極氧化方法制備的硅表面形貌場發射掃描電鏡（FESEM）照片；

圖3為本發明實施例1中采用電化學陽極氧化方法制備的硅表面微米孔道場發射掃描電鏡（FESEM）照片；

圖4為本發明中采用的硅半導體材料的光/暗電流電化學循環伏安（CV）對比圖。

具體實施方式

以下將參照附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的描述。

實施例1