[發明專利]一種三相三維光電反應填料的制備方法

在審

• 申請號: 201910004534.4
• 申請日: 2019-01-03
• 公開（公告）號: CN109592752A
• 公開（公告）日: 2019-04-09
• 發明（設計）人: 高永;周俊我;李婷婷;傅小飛;張曼瑩;孫紫晶;王荔
• 申請（專利權）人: 江蘇理工學院
• 主分類號: C02F1/461
• 分類號: C02F1/461;C02F1/72;C02F1/30;C02F1/28;C02F101/30
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙) 32231
• 代理人: 高姍

本發明公開了一種三相三維光電反應填料的制備方法，屬于水處理及水污染防治技術領域，將Fe和N摻雜改性的TiO₂負載于活性炭顆粒上，與絕緣涂膜活性炭混合制成三維電解耦合光催化反應器的填充顆粒，該填充顆粒組分及各組分占填料總量的質量百分含量分別為：Fe?N?TiO₂/AC為70～80％，涂膜活性炭為30～20％，其中Fe³⁺和N摻雜質量分數分別為0.1～0.2％和1～2％。本發明填充粒子在三維電解耦合光催化的體系中具有光電協同作用和濃差吸附作用，能夠有效提升光催化效率和降解速率，并且該填充材料能在可見光下運行，減少了設備的成本，具有藥劑消耗少、操作簡單、后續處理容易和環境友好等優點。

技術領域

本發明涉及一種光電反應填料的制備方法，特別是涉及一種三相三維光電反應填料的制備方法，屬于水處理及水污染防治技術領域。

背景技術

隨著我國工業的快速發展，產生的廢水也越來越難處理，其具有水量大、成分復雜和難生物降解等特點，傳統的處理方法如物理化學法和生物法在處理高濃度有機廢水時存在處理費用較高、污泥量高、可能引起二次污染等問題；TiO₂作為光催化劑具無毒、化學穩定性好和廉價易得等優點，具有廣闊的應用前景，但是TiO₂的禁帶較寬，只能被紫外光激發產生光催化活性，可見光利用率低，電子空穴容易復合，導致光催化效率低。

大量研究表明：對TiO₂進行非金屬離子N的摻雜改性，可以有效改變TiO₂的晶格結構，使其禁帶寬度減小，增強其對光的吸收強度，金屬離子Fe³⁺的摻雜能成為光生電子的捕獲體，促進電子-空穴的分離，提高光子利用率；電化學中三維電解法占地面積小、比表面積大、物質的傳質效果好、電流效率高，處理高濃度有機廢水具有藥劑消耗少、操作簡便、環境友好等優點，將多相三維電極技術與多相光催化技術相結合，可以構成多相三維電極電助光催化體系，填充粒子在三維電解耦合光催化的體系中具有光電協同作用和濃差吸附作用，能夠有效提升光催化效率和降解速率。

目前，三相三維光電催化技術還不夠成熟，具體表現為：

1)一些填充材料如分子篩、陶瓷等存在比較嚴重的催化劑活性組分流失問題，耐酸堿性較差，不適用于強酸強堿性廢水；

2)光催化劑可見光利用率低，而且電子-空穴復合速率快，催化劑易失活，催化效率低；

3)三維電解運行過程中容易產生短路電流，使電解效率降低。

發明內容

本發明的主要目的是為了提供一種三相三維光電反應填料的制備方法，通過將Fe和N摻雜改性的TiO₂負載于活性炭顆粒上，與絕緣涂膜活性炭混合制成三維電解耦合光催化反應器的填充顆粒，將有效提高難降解有機物的降解能力，具有可見光利用率高、吸附能力強和污染物去除率高等特點。

本發明的目的可以通過采用如下技術方案達到：

一種三相三維光電反應填料的制備方法，將Fe和N摻雜改性的TiO₂負載于活性炭顆粒上，與絕緣涂膜活性炭混合制成三維電解耦合光催化反應器的填充顆粒，該填充顆粒組分及各組分占填料總量的質量百分含量分別為：Fe-N-TiO₂/AC為70～80％，涂膜活性炭為30～20％，其中Fe³⁺和N摻雜質量分數分別為0.1～0.2％和1～2％。

三相三維光電反應填料的制備方法，包括如下步驟：

步驟S1：活性炭的預處理；

步驟S2：Fe-N-TiO₂/AC粒子電極的制備；

步驟S3：涂膜活性炭的制備；

步驟S4：粒子電極催化劑填料的制備。