[發明專利]一種光催化燃料電池的水體沙土修復方法

有效

• 申請號: 201710351786.5
• 申請日: 2017-05-18
• 公開（公告）號: CN107081333B
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發明（設計）人: 柳麗芬;何瑞
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B09C1/00
• 分類號: B09C1/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

本發明屬于污水處理與沙土修復技術領域，一種光催化燃料電池的水體沙土修復方法。根據光催化燃料電池利用太陽能產生高活性的電子/空穴對降解污染物的特性，將其引入土壤修復體系中，構建可見光響應的光催化燃料電池水體沙土修復系統；所述的光催化燃料電池水體沙土修復系統由水相以及沙土相組成，向管狀反應器中裝入沙土，加入污染物溶液，靜置待吸附平衡；搭建光催化燃料電池，導線相連光電催化陽極與光電催化陰極，串聯外電阻構成閉合回路；50W鹵素燈為光源，進行光催化與電催化反應，降解體系中的污染物；通過降解水相中的污染物，使得沙土相中污染物得到降解，降低沙土中的污染物含量，達到修復功能。

技術領域

本發明屬于污水處理與沙土修復技術領域，涉及到催化電極的制備，耦合光催化與電催化的協同作用，構建光催化燃料電池的水體沙土修復系統，同時引入新的活性物種，降解污染物的同時產生電能，實現對水體-沙土體系的修復，并達到能源回收。

背景技術

光催化燃料電池(Photocatalytic fuel call，PFC)是一種新型燃料電池體系，由負載型光催化劑作為催化電極，通過導線連接催化電極的陰陽極，構成閉合回路，光催化電極受到大于其帶隙能的光激發時，產生高活性的電子/空穴對，降解體系中污染物，產生的電子及時從陽極通過外電路傳導至催化陰極，進一步促進電子/空穴對的分離，實現閉合回路的電路循環，達到回收電能的同時處理污染物的目的。其彌補了分散型光催化劑難回收再利用的缺點，且極大地提高了光催化(Photocatalytic,PC)降解污染物的效率，并且產生電能。

環境污染與能源利用是當今世界的兩大主題，當前我國土壤污染嚴重，土壤污染會直接導致土壤的組成和理化性質發生變化，破壞土壤的正常功能，造成農產品的污染和減產，導致嚴重的經濟損失。污染土壤修復技術主要是采用物理的、化學的、或生物的方法，通過一系列途徑如轉移、吸收、降解、轉化等降低土壤中污染物的濃度，或者將這些污染物轉化為對人體、對環境等無害的物質的過程。我國土壤修復處于起步階段，修復技術、工程化應用和設備研發起步較晚，面對我國土壤修復任務的日益艱巨，開展污染場地土壤綠色、可持續修復具有重要意義。

光催化燃料電池利用清潔能源太陽能產電的同時促進污染物降解，是一種具有巨大研究價值的新型燃料電池體系，現有的土壤修復方法都有自己特定的應用范圍和局限性，之前未見有報道將光催化燃料電池引入土壤修復中，本申請將光催化燃料電池同時引入土壤修復體系中，以沙土或者石英砂為污染介質，構建催化電極耦合燃料電池的水體沙土修復系統，提高污染物的降解率并且產電，以期提供一種高效、低成本、生態環保的污染土壤修復方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種光催化燃料電池的水體沙土修復方法，以光催化劑Ag/AgCl/GO為光陽極，ZnIn2S4為光陰極，構建可見光響應的光催化燃料電池，引入新的活性物種錳(Ⅲ)，光電催化降解體系中污染物，達到對可見光的利用、水質凈化以及沙土修復的目的。

本發明的技術方案：

一種光催化燃料電池的水體沙土修復方法，步驟如下：

根據光催化燃料電池利用太陽能產生高活性的電子/空穴對降解污染物的特性，將其引入土壤修復體系中，構建可見光響應的光催化燃料電池水體沙土修復系統；

所述的光催化燃料電池水體沙土修復系統由水相以及沙土相組成，向管狀反應器中裝入沙土，加入污染物溶液，靜置待吸附平衡；搭建光催化燃料電池，導線相連光電催化陽極與光電催化陰極，串聯外電阻構成閉合回路；50W鹵素燈為光源，進行光催化與電催化反應，降解體系中的污染物；通過降解水相中的污染物，使得沙土相中污染物得到降解，降低沙土中的污染物含量，達到修復功能。

向沙土中滴加KMnO₄與亞硫酸氫鈉的混合液，MnO₄^-與HSO₃^-反應產生錳(Ⅲ)，引入新的活性物種，提升光催化降解修復效果。