[發(fā)明專利]鉆井廢液處理用全光譜響應(yīng)氧化鉍/磷酸銀/碳納米管海綿復(fù)合光催化劑及制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010090872.7
• 申請日: 2020-02-13
• 公開（公告）號(hào): CN111229268B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 金家鋒;孫金聲;呂開河;白英睿;劉敬平;黃賢斌;王金堂
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油大學(xué)（華東）
• 主分類號(hào): B01J27/186
• 分類號(hào): B01J27/186;C02F1/72;C02F1/30;C02F101/32;C02F103/10
• 代理公司: 濟(jì)南金迪知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37219
• 代理人: 王素平

本發(fā)明提供了一種鉆井廢液處理用全光譜響應(yīng)氧化鉍/磷酸銀/碳納米管海綿復(fù)合光催化劑及制備方法和應(yīng)用，其制備方法包括步驟：將碳納米管海綿加入硝酸銀的有機(jī)醇水溶液中，加入磷酸氫二鈉溶液，將所得混合液進(jìn)行水熱反應(yīng)；經(jīng)過濾、洗滌、干燥，得到磷酸銀/碳納米管海綿復(fù)合材料；將鉍酸鈉加入氫氧化鈉溶液中，之后加入磷酸銀/碳納米管海綿復(fù)合材料，進(jìn)行水熱反應(yīng)；經(jīng)過濾、洗滌、冷凍干燥，即得。本發(fā)明制備的氧化鉍/磷酸銀/碳納米管海綿三維復(fù)合光催化劑具有全光譜響應(yīng)、光催化活性高、光生電子?空穴復(fù)合率低和對(duì)非極性物質(zhì)吸附降解能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，在可見光和近紅外光照射下，用于原位處理鉆井廢液中多環(huán)芳烴等有機(jī)物污染。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鉆井廢液處理用全光譜響應(yīng)氧化鉍/磷酸銀/碳納米管海綿復(fù)合光催化劑及制備方法和應(yīng)用，屬于鉆井廢液處理領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著鉆井深度和難度的日益攀升，鉆井液中化學(xué)添加劑的種類和用量也越來越多，導(dǎo)致廢棄鉆井液的處理難度急劇增加。2019年我國鉆井作業(yè)量可達(dá)1.95萬口，每年至少產(chǎn)生500萬噸廢棄鉆井液。鉆井過程中，為改進(jìn)鉆井液性能常加入的大量油基潤滑劑，或鉆進(jìn)油層時(shí)混入鉆井液中的原油等均會(huì)導(dǎo)致廢棄鉆井液中多環(huán)芳烴的含量較高。目前常采用固液分離、破膠絮凝、精細(xì)過濾等預(yù)處理，再通過催化氧化進(jìn)行降解，但以上方法對(duì)多環(huán)芳烴的去除率較低、耗能巨大，且存在二次污染等不足。

光催化技術(shù)降解水體中有機(jī)污染物是一種綠色、高效的新型水處理方法，因?qū)τ袡C(jī)污染物具有極高的催化活性而成為研究熱點(diǎn)，而光催化技術(shù)的關(guān)鍵之一是高效的光催化劑。例如：以磷酸銀為代表的銀基催化劑，其在420nm波長的可見光下量子效率高達(dá)92％，然而，磷酸銀易被光生電子還原而產(chǎn)生光腐蝕現(xiàn)象，嚴(yán)重降低其穩(wěn)定性和光催化活性。近年來，鉍基光催化材料因其廉價(jià)的價(jià)格且具有良好的近紅外光響應(yīng)性能，而被廣泛用于光催化劑領(lǐng)域。其中，氧化鉍是一種新型鉍基光催化劑，具有良好的近紅外光響應(yīng)性能。然而，氧化鉍存在比表面積小，光生電子-空穴易重組、光催化劑性能弱等問題極大限制了其應(yīng)用，可將氧化鉍與銀基催化劑形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)來顯著擴(kuò)大體系對(duì)光譜的吸收范圍，提高其催化活性。但常規(guī)的異質(zhì)結(jié)構(gòu)存在光生電子-空穴分離速率低和有機(jī)物的吸附性能差等不足，嚴(yán)重限制了其催化活性。碳納米管海綿是通過碳納米管自組裝形成具有三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的多孔材料，具有強(qiáng)親油性、質(zhì)量輕、高孔隙度和高比表面積等特點(diǎn)。

而關(guān)于鉍基光催化劑有不少專利文獻(xiàn)報(bào)道，例如：中國專利文件CN109482210A提供了一種磷酸銀/硫化鉍/氧化鉍雙Z型光催化劑及其制備方法，該光催化劑以氧化鉍為載體，氧化鉍表面修飾有硫化鉍和磷酸銀，其制備方法包括如下步驟：(1)配制氧化鉍與硫脲的混合水溶液進(jìn)行水熱反應(yīng)，制備硫化鉍/氧化鉍復(fù)合物；(2)將硫化鉍/氧化鉍復(fù)合物與硝酸銀溶液混合，加入磷酸氫二鈉溶液進(jìn)行二次反應(yīng)，制得磷酸銀/硫化鉍/氧化鉍復(fù)合光催化劑。但是，該發(fā)明中氧化鉍的合成溫度過高且為微米級(jí)的光滑塊狀體，使得其比表面積極小，進(jìn)而導(dǎo)致其對(duì)非極性有機(jī)分子的吸附性能較弱，不利于提高光催化活性。中國專利文件CN109621994A提供了一種磷酸銀/多壁碳納米管/鎢酸鉍復(fù)合光催化材料及其制備方法，該復(fù)合光催化材料包括由碳納米管和鎢酸鉍復(fù)合形成多壁碳納米管/鎢酸鉍復(fù)合材料，其上負(fù)載有磷酸銀。但該催化劑的載體僅是基于一維的碳納米管，因而存在比表面積低、對(duì)非極性有機(jī)物吸附能力弱等問題，極大地制約了其光催化效能。同時(shí)，以上方法中所得到的催化劑未能有效吸收全光譜范圍的光子，光催化活性較低，且不具備良好的吸附降解雙重功效。

因此，制備一種全光譜響應(yīng)、光催化活性高、光生電子-空穴復(fù)合率低和對(duì)非極性物質(zhì)吸附降解能力強(qiáng)的三維結(jié)構(gòu)光催化劑，對(duì)實(shí)現(xiàn)廢棄鉆井液的高效吸附和光降解處理，對(duì)進(jìn)一步拓展光催化技術(shù)在鉆井液處理中的應(yīng)用具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種鉆井廢液處理用全光譜響應(yīng)氧化鉍/磷酸銀/碳納米管海綿復(fù)合光催化劑及制備方法和應(yīng)用，該復(fù)合光催化劑具有全光譜響應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)和高效的吸附、光降解性能。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：