[發明專利]一種處理含砷廢水的光催化劑及其制備方法

無效

• 申請號: 201310286981.6
• 申請日: 2013-07-10
• 公開（公告）號: CN103331176A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發明（設計）人: 胡俊;劉平;陳旬;戴文新;王心晨;李朝暉;付賢智
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: B01J27/06
• 分類號: B01J27/06;B01J35/02;C02F1/30;C02F1/72;C02F1/28;C02F1/58
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

技術領域

本發明屬于水處理凈化領域，具體涉及一種高效催化去除廢水中砷污染物的光催化劑及其制備方法。

背景技術

砷的化合物是一種具有類金屬特性的原生質毒物，具有較為廣泛的生物效應，已被美國疾病控制中心和國際防癌研究機構確定為第一類致癌物。近年來，隨著采礦、陶瓷、皮革、農藥等行業的快速發展，水環境中的砷污染日益嚴重。而中國也是受砷中毒危害最為嚴重的國家之一。因此，我國在廢水排放及飲用水標準中對砷的濃度作了嚴格規定，例如，將飲用水標準中砷的含量由50微克/升降至10微克/升，這種形勢必將對傳統的廢水脫砷及飲用水除砷技術帶來新的挑戰。

目前，砷污染處理的方法很多，可概括如下：

沉淀法：主要利用外加藥劑或能量，與水體中砷污染物形成沉淀而分離出來。沉淀法工藝簡單，投資少，但產生的大量含砷廢渣無法利用，易造成二次污染。

吸附法：利用高比表面積、不溶性的固體材料作吸附劑，通過物理或化學吸附，將砷污染物固定在自身表面，達到除砷的目的。該方法簡單易行，但砷化合物與吸附劑之間較強的吸附作用也往往對吸附劑的回收、再利用造成一定難度。另外，廢水中存在的磷酸鹽、硫酸鹽、硅酸鹽、氟化物等物質也易與砷競爭吸附位點，造成吸附效率降低。

氧化法：由于三價砷的毒性是五價砷的60倍，且較五價砷難于被吸附除去，因此在含砷廢水的處理過程中，常將三價砷氧化為五價砷，再吸附除去。近年來，光催化氧化成為環境領域的熱點。利用TiO₂光催化劑，在紫外光照射下，能將大部分的三價砷氧化為五價砷。但TiO₂光催化劑只能由占太陽光能量3-4%的紫外光激發，浪費了大量的可見光能量，且TiO₂粉末顆粒通常粒徑較小，難于回收利用。因此，研發穩定、高效、易回收的可見光光催化劑成為光催化氧化法中的新途徑。

離子交換法：離子交換法也是一種有效的脫砷方法，但該方法處理工藝較為復雜，成本較高，只能處理濃度較低、組成單純且具有較高回收價值的廢水，難以企業化。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的上述不足，提供一種高效催化去除廢水中砷污染物的光催化劑及其制備方法。本發明原料易得，操作較為簡易，合成出的催化劑催化效率高，具有較大比表面積，且顆粒尺寸較大，易于分離，經多次循環使用后，催化效率仍然較高。實驗證明，在太陽光照射下，該催化劑對三價砷的氧化效率可達到95%以上，總砷（三價和五價砷）去除效率可達到90%以上。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種處理含砷廢水的光催化劑BiOI具有PbFCl型晶體結構，即[Bi₂O₂]²⁺與I^-交錯疊加形成層狀結構，該層狀結構由于內部存在靜電場而有利于光生載流子的分離。

BiOI光催化劑是利用丙三醇溶劑熱的方法合成的，利用丙三醇較大的粘度，使得所合成的BiOI片狀結構具有更薄的厚度，載流子分離效率更高，所合成的BiOI片狀結構在實驗條件下能夠自組裝形成分級的球狀聚集體，顆粒大小經掃描電鏡觀察為10-50微米左右，并且具有較大的比表面積。制備方法包括以下步驟：

（1）前驅物的處理：將相同物質的量的五水硝酸鉍和碘化鉀分別溶解于丙三醇中，混合、攪拌制得前驅物；

（2）將前驅物置于聚四氟乙烯反應釜中，于130-180℃保溫6-12小時，隨后自然降溫至室溫，所得沉淀經蒸餾水洗滌數次后，60-80℃真空或空氣烘干12-24小時，即得BiOI光催化劑。

BiOI光催化劑利用太陽光，高效催化氧化三價砷為五價砷，并將五價砷吸附除去。具體實驗內容及檢測方法為：將一定量的催化劑加入到不同含量的三價砷模擬污染廢水中，在磁力攪拌下，采用太陽光或模擬太陽光源照射一定時間，離心后，取上層清液，采用原子熒光分光光度計測量三價砷及總砷濃度。

本發明的顯著優點在于：

（1）采用溶劑熱的方法制備催化劑，原料易得，步驟較少，操作簡單，適用于工業化生產。

（2）所合成的催化劑在太陽光或模擬太陽光源照射下，具有較高的光催化氧化三價砷的活性，且對生成的五價砷也具有較優越的吸附性能，總砷的去除效率高。

（3）所合成的催化劑穩定性較好，經多次循環使用后仍具有較高活性，且催化劑顆粒尺寸較大，易于回收利用。

附圖說明

圖1是實施例1合成的催化劑的X射線衍射圖。

圖2是實施例1合成的催化劑的場發射掃描電鏡圖。