[發(fā)明專利]一種光催化降解廢水中有機(jī)污染物的方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010065646.3
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN111252846B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳美鳳;陳歆;晏小放;劉虎
• 申請（專利權(quán)）人: 南昌航空大學(xué)
• 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(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61223
• 代理人: 徐云俠

本發(fā)明提供一種光催化降解廢水中有機(jī)污染物的方法及裝置，屬于有機(jī)污染物處理技術(shù)領(lǐng)域，該方法首先將氮元素以取代氮或間隙氮的方式進(jìn)入二氧化鈦晶格中，得到摻雜N的二氧化鈦溶膠，接著采用靜電紡絲的方式得到鋅源前驅(qū)體溶膠，并采用水熱方法將二氧化鈦有序生長在納米氧化鋅電紡膜的線軸上，得到氧化鋅/二氧化鈦復(fù)合薄膜催化劑，并與雙氧水發(fā)生協(xié)同作用，對多種有機(jī)污染物均具有高效催化能力。該方法反應(yīng)條件溫和，降解效率高，反應(yīng)2h，降解率即可達(dá)到95％以上。該裝置通過螺旋盤繞的反應(yīng)槽體以及豎直插入反應(yīng)槽體中部的光催化光源，有效解決了光催化劑分離困難的問題，且能夠延長催化劑膜層的使用壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及有機(jī)污染物處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光催化降解廢水中有機(jī)污染物的方法及裝置。

背景技術(shù)

廢水中有機(jī)污染物的種類繁多，其中又以化工廢水、印染廢水、造紙廢水、制藥廢水中的成分最為復(fù)雜、毒性最大，這些有機(jī)污染物一旦直接排放，將會造成生態(tài)環(huán)境的破壞。因此，如何有效處理廢水中的有機(jī)污染物以達(dá)到無害化排放的標(biāo)準(zhǔn)成為了人們亟待解決的一大難題。

由于二氧化鈦(TiO2)等半導(dǎo)體催化劑容易受光照激發(fā)，產(chǎn)生高活性的光生電子(e^-)-光生空穴(h+)，由此形成強(qiáng)氧化性的游離基，如羥基游離基(·OH)等，對廢水中的有機(jī)污染物具有較強(qiáng)的氧化性，最終形成環(huán)境友好的小分子無機(jī)物，因此，將光催化劑用于降解廢水中的有機(jī)污染物成為了近年來研究的熱點課題。

在實際應(yīng)用中，單一的光催化劑仍然存在氧化效率不高、吸附能力差、易團(tuán)聚等問題，因此，通常將TiO2負(fù)載于較大比表面積的載體上，以增大孔隙率和比表面積，進(jìn)而提高負(fù)載量，達(dá)到提高氧化效率的目的。

但是，相對于單一的光催化劑，負(fù)載TiO2復(fù)合材料在應(yīng)用于催化有機(jī)污染物的過程中，仍然存在分離困難、催化效率以及活性不高等問題，難以進(jìn)行多次的重復(fù)利用，利用率較低。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種光催化降解廢水中有機(jī)污染物的方法及裝置，用于解決光催化劑分離困難、催化效率以及活性不高、重復(fù)利用率低的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下。

一種光催化降解廢水中有機(jī)污染物的方法，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(qū)體溶膠轉(zhuǎn)移至靜電紡絲設(shè)備中進(jìn)行紡絲，使鋅源前驅(qū)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(gòu)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(qū)體溶膠是由聚合物材料、醋酸、硝酸銪、鋅源以質(zhì)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(fù)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(zhì)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(yīng)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(yīng)完成后，用乙醇和去離子水反復(fù)沖洗干凈后，烘干，得到氧化鋅/二氧化鈦復(fù)合薄膜催化劑；

S4、光催化降解有機(jī)污染物

將S3得到的氧化鋅/二氧化鈦復(fù)合薄膜催化劑涂覆于催化反應(yīng)器上，在光催化光源的作用下，將雙氧水與有機(jī)污染物的混合溶液加入到催化反應(yīng)器中，進(jìn)行光催化降解反應(yīng)，每隔30min由催化反應(yīng)器的底部出口取樣一次，每次取樣5mL，離心分離后，用紫外-可將吸光光度計測定上清液的吸光度值，并計算降解率。