[發明專利]光催化電極耦合微生物燃料電池促進焦化廢水處理方法

有效

• 申請號: 201810530810.6
• 申請日: 2018-05-22
• 公開（公告）號: CN108793422B
• 公開（公告）日: 2019-09-27
• 發明（設計）人: 柳麗芬;周靜;石靜;王守凱;安陸陽
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C02F3/34
• 分類號: C02F3/34;B01J27/04;C02F1/30;C02F1/461;C02F1/467;C02F3/00;C02F101/30
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

本發明提供了一種光催化電極耦合微生物燃料電池促進焦化廢水處理方法，屬于焦化廢水處理與節能資源化技術領域。用La?ZnIn₂S₄/RGO/BiVO₄和硅溶膠在不銹鋼網上固定涂覆的方法形成導電催化復合膜電極，并在其焦化廢水中加入HSO₃^?,陽極微生物中插入碳棒，用導線連接，構成電路回路，施加鹵鎢燈作為光源，作用于催化電極上，構成光催化電極耦合微生物燃料電池處理焦化廢水系統。分別實現了在不同RGO含量的La?ZnIn₂S₄/RGO/BiVO₄催化劑條件下催降解焦化廢水的效果影響，相同濃度的NaHSO₃和Na₂SO₄溶液對焦化廢水的降解效果的影響。

技術領域

本發明屬于焦化廢水處理與節能資源化技術領域，涉及La-ZnIn₂S₄/RGO/BiVO₄復合催化劑及光催化電極耦合微生物燃料電池組件的制備，及其協同作用，并在反應過程中加入HSO₃^-降解處理焦化廢水，HSO₃^-有助于提高焦化廢水降解率，為處理焦化廢水起到促進作用。

背景技術

焦化廢水主要是由煤工業和石油工業產生的，它是煉焦、煤氣在960-1000攝氏度高溫干餾、凈化過程中，產生的一種較難處理的工業有機廢水，其組成成分非常復雜，有硫化物、氰化物、高濃度的氨氮及大量難以生物降解的雜環多環芳香烴化合物等有毒有害物質。不同的處理方法(物理化學法，生化處理法，光催化氧化技術，Fenton試劑法，催化濕式氧化技術等)，在能夠發揮降解作用的同時都存在著各自的局限性。目前，將La-ZnIn₂S₄/RGO/BiVO₄三元復合催化劑運用到光催化型微生物燃料電池中降解焦化廢水的報道還未出現。

為了提高焦化廢水降解效果，實驗前期將光催化技術和微生物燃料電池相結合，將催化劑La-ZnIn₂S₄/RGO/BiVO₄引入光催化型微生物燃料電池反應器中，以達到降解的目的。目前，以La-ZnIn₂S₄/RGO/BiVO₄作為催化劑，將光催化技術與微生物燃料電池二者技術相結合，很大程度上降解了焦化廢水中的有機污染物含量，在焦化廢水處理工藝中有重要意義。

目前，用于穿梭光產生電荷的固態電子介體中已被證明有前景的主要有兩種材料，貴金屬和還原的氧化石墨烯(RGO)。片狀RGO材料在特定的層狀結構，化學穩定性，提供了優于貴金屬的形態多樣性和較低的制備成本。

另外，釩酸鉍(BiVO₄)因其帶隙窄，波長響應范圍寬，已被證明是一種具有很好應用前景的光催化劑。BiVO4主要有單斜白鎢礦，四方鋯石和四方鎢白礦3種晶型，其中單斜白鎢礦相由于具有較窄的帶隙能(2.4eV)，對紫外光和可見光都能產生響應，表現出較好的光催化活性。在以前的研究中，為了提高電荷分離效率和調節BiVO4和底物相互作用，各種金屬鹽(例如，AgNO3，Cu(NO₃)₂，Ni(NO₃)₂，RuCl₃，PdCl₂等)作為助催化劑負載在BiVO4表面可以改善它的光催化效率。而RGO電子介體可以很容易地擴展到基于半導體的復合光催化系統中,用RGO處理的BiVO₄不論在光催氧化分解水還是在有機污染物的降解方面都表現出獨特的活性。