[發明專利]一種光催化降解廢水中有機污染物的方法及裝置

有效

• 申請號: 202010065646.3
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN111252846B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 吳美鳳;陳歆;晏小放;劉虎
• 申請（專利權）人: 南昌航空大學
• 主分類號: C02F1/30
• 分類號: C02F1/30;C02F1/32;C02F1/72;B01J27/24;B01J23/06;B01J21/06;C02F101/30
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 徐云俠

1.一種光催化降解廢水中有機污染物的方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、二氧化鈦溶膠的制備

所述二氧化鈦溶膠是由鈦酸四丁酯、含氮摻雜源以1mL：0.5~0.6g的用量比分散于乙醇-硝酸混合溶液中制備得到的；

S2、納米氧化鋅電紡膜的制備

將鋅源前驅體溶膠轉移至靜電紡絲設備中進行紡絲，使鋅源前驅體溶膠以紡絲的形式噴出，在接收裝置上形成紡絲線交織構成的薄膜，將薄膜置于馬弗爐中煅燒，得到納米氧化鋅電紡膜；

所述鋅源前驅體溶膠是由聚合物材料、醋酸、硝酸銪、鋅源以質量比1：0.1~0.3：0.02~0.06：0.1~0.3分散于乙醇中制備得到的；

S3、氧化鋅/二氧化鈦復合薄膜催化劑的制備

將S1得到的二氧化鈦溶膠與S2得到的納米氧化鋅電紡膜以質量比50~100:1分別加入到高壓密閉容器中，在160~200℃下水熱反應8~24h，使二氧化鈦納米晶粒生長在納米氧化鋅電紡膜上，反應完成后，用乙醇和去離子水反復沖洗干凈后，烘干，得到氧化鋅/二氧化鈦復合薄膜催化劑；

S4、光催化降解有機污染物

將S3得到的氧化鋅/二氧化鈦復合薄膜催化劑涂覆于催化反應器上，在光催化光源的作用下，將雙氧水與有機污染物的混合溶液加入到催化反應器中，進行光催化降解反應，每隔30min由催化反應器的底部出口取樣一次，每次取樣5mL，離心分離后，用紫外-可見吸光光度計測定上清液的吸光度值，并計算降解率；S4中，所述雙氧水在雙氧水與有機污染物的混合溶液中的質量占比為0.1%~1.0%。

2.根據權利要求1所述的光催化降解廢水中有機污染物的方法，其特征在于，S1中，所述含氮摻雜源為尿素、氯化銨、硝酸銨、乙酸銨中的任意一種。

3.根據權利要求1所述的光催化降解廢水中有機污染物的方法，其特征在于，S1中，所述乙醇-硝酸混合溶液是由乙醇、去離子水、濃度為60%~70%的硝酸以體積比25：4：1混合制備得到的。

4.根據權利要求1所述的光催化降解廢水中有機污染物的方法，其特征在于，S2中，所述聚合物材料為聚乙烯吡咯烷酮、聚乳酸、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯、聚乙烯醇中的任意一種；所述鋅源為醋酸鋅、硝酸鋅、氯化鋅中的任意一種。

5.根據權利要求1所述的光催化降解廢水中有機污染物的方法，其特征在于，S2中，乙醇在鋅源前驅體溶膠中的質量占比為60%~80%。

6.根據權利要求1所述的光催化降解廢水中有機污染物的方法，其特征在于，S2中，馬弗爐中煅燒的操作過程如下：

在100~200℃下煅燒2~8h，然后以10℃/min的速度升溫至300~500℃，保溫煅燒1~2h，煅燒結束后，自然冷卻至室溫。

7.根據權利要求1所述的光催化降解廢水中有機污染物的方法，其特征在于，S2中，靜電紡絲設備的紡絲工作距離為8~12cm，工作電壓為10~20KV，紡絲溫度為30~50℃。

8.一種權利要求1所述的光催化降解廢水中有機污染物的方法采用的裝置，其特征在于，包括催化反應器（1），所述催化反應器（1）的中部設置有透明的中空套管（2），所述中空套管（2）的兩端均設有密封帽（3），所述中空套管（2）內設有光催化光源（4），所述催化反應器（1）的內壁上設置有沿所述中空套管（2）螺旋盤繞向下的反應槽體（5），每個所述反應槽體（5）的上側壁均勻涂覆有氧化鋅/二氧化鈦復合薄膜催化劑（6），所述反應槽體（5）的下側壁設置有擴散聚光層（7），所述催化反應器（1）的頂部一側設置有延伸至與其對應的反應槽體（5）的頂部側緣的進液口（8），所述催化反應器（1）的底部一側設有出液口（9）。

9.根據權利要求8所述的裝置，其特征在于，所述催化反應器（1）的頂部進液口（8）上通過進液泵（10）連接有廢水池（11），所述催化反應器（1）的底部出液口（9）上連接有回收池（12），所述光催化光源（4）的頂部連接有電源線（13），所述電源線（13）延伸出所述催化反應器（1），且連接有電源（14）。