[發明專利]一種光催化?生物復合催化劑及其制備與應用

在審

• 申請號: 201710770207.0
• 申請日: 2017-08-31
• 公開（公告）號: CN107486247A
• 公開（公告）日: 2017-12-19
• 發明（設計）人: 成卓韋;陳建孟;於建明;陳東之
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: B01J31/38
• 分類號: B01J31/38;B01J37/02;B01J37/36;B01D53/84;B01D53/86;B01D53/72;B01D53/70
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司33201
• 代理人: 黃美娟,李世玉

(一)技術領域

本發明涉及廢氣處理，特別涉及一種光催化-生物復合催化劑及其制備與在難降解污染物處理中的應用。

(二)背景技術

近年來，揮發性有機污染物(Volatile organic compounds,VOCs)引起的環境污染問題日益嚴重。尤其是醫藥、化工、印染等行業中所排放的VOCs，具有成分復雜、毒性高、難降解等特點，對人類賴以生存的生態環境構成嚴重的危害。因此，對VOCs的防治與治理迫在眉睫。

目前處理VOCs的技術主要有吸附法、燃燒法、吸收法等，但這些傳統技術均存在投資費用高、操作過程復雜、能耗大等弊端。其中，生物凈化雖然能有效處理低濃度大氣量的VOCs，不存在二次污染。然而生物法對于一些難降解、難水溶的VOCs(如氯苯、苯乙烯等)處理效果很差，這是由于污染物本身性質所造成的。紫外光催化技術在難降解VOCs處理上顯示出了優勢。通過改性，制備的催化劑能有效處理氯代烴、芳香烴等VOCs，去除效率較高，但由于存在催化劑中毒、壽命短及轉化不徹底等弊端，制約了紫外光催化技術的規模化應用。近年來，研究者提出了采用光催化-生物凈化耦合技術處理難降解VOCs的報道，通過光催化的作用，將其轉化為可生化好的組分，后續生物凈化就能實行其徹底礦化。但通常這兩個單元是分開設置，即光催化在前，生物凈化在后，不僅占地面積較大，同時操作也較為復雜，投資和運行費用高。目前也有一些關于復合填料的制備研究，但往往涉及廢水領域，且附著的催化劑和微生物均存在附著力不大、易脫落等弊端。廢水和廢氣是完全不同的凈化體系，填料的形式也迥然不同，因此兩者填料在制備和結構往往存在很大的差異性。因此，本發明提出的用于氣態污染物處理的光催化-生物復合載體具有一定的創新性。

在《枯草芽孢桿菌及以其為生物載體制備光催化復合材料降解印染廢水的研究》中公開采用枯草芽孢桿菌菌粉和納米顆粒混合攪拌而成，所獲得的成品烘干后為粉末，使用時投入到廢水中。而本發明制備的復合載體，采用的是活菌體和氮磷摻雜TiO₂光催化劑分步負載到載體上，并且用于廢氣處理，同時針對不同的廢氣成分，可以采用不同的活菌體。

本發明公開了一種光催化-生物復合載體的制備方法，其涉及了一種改性光催化劑的制備、負載以及優勢降解菌的附著方法，并將其裝填至生物反應器中運行，獲得了良好的效果。

(三)發明內容

本發明目的是提供一種光催化-生物復合催化劑及其制備與應用，包括改性TiO₂催化劑制備及其負載方法、特征污染物降解菌群的構建及其附著方法及裝載該填料的反應器。本發明中的光催化-生物復合載體的制備及其應用對于廢氣生物凈化，尤其是難降解組分的徹底凈化具有重要的指導意義。

本發明采用的技術方案是：

本發明提供一種光催化-生物復合催化劑，所述催化劑以聚氨酯為載體，以N/P-TiO₂和微生物菌體為活性中心，通過吸附法合成；所述N/P-TiO₂的質量負載量以載體重量計為1～10％，所述微生物菌體的負載量以載體重量計為1.0*10⁶～1.5*10⁸cfu/g；所述N/P-TiO₂為摻雜氮、磷的TiO₂，其中摻雜N、P物質的量與TiO₂中Ti物質的量比分別為0.3-0.7：1和0.1～0.9:1；所述微生物菌體為綠色木霉(Trichoderma viride)、皮氏羅爾斯頓菌(Ralstonia pickettii)、長喙殼霉菌(Ophiostoma stenoceras)、潘多拉菌(Pandoraea pnomenusa)、動膠菌(Zoogloea resiniphila)中的一種或多種微生物經發酵培養獲得的培養液混合而成。

進一步，優選所述微生物菌體為綠色木霉(Trichoderma viride)CCTCC NO.M：209250、皮氏羅爾斯頓菌(Ralstonia pickettii)CCTCC NO.M：209151、長喙殼霉菌(Ophiostoma stenoceras)CCTCC NO：M 2014531、潘多拉菌(Pandoraea pnomenusa)CCTCC NO:M2011242、動膠菌(Zoogloea resiniphila)CCTCC NO：M2012235中的一種或多種經發酵培養獲得的培養液混合而成(更優選CCTCC NO.M：209250培養液和CCTCC NO.M：209151培養液以相等菌落數混合)。