[发明专利]活性炭纤维负载的基于NaBiO3的复合氧化物及其制备方法和利用其降解有机染料废水的方法

说明书

技术领域:

本发明属于有机染料废水处理技术领域，涉及一种活性炭纤维负载的基于NaBiO₃的复合氧化物及其制备方法和利用其降解有机染料废水的方法。

背景技术：

近年来，有机染料在现代工业领域得到了极其广泛的应用，如大量纺织业的分支、制革工业、造纸业、食品工业、农业研究、光电化学电池、头发染色等。有机染料按结构可分为偶氮染料类、惠醌类、硫磺类、靛蓝类、三苯甲基类、酞菁类。据国家统计局公布数字，目前我国染料的年产量和贸易量都居世界第一位。我国是纺织大国，印染行业每天有400多万吨的废水排放，占工业废水的1/10，达标排放率不足40%，且每年要耗用100多亿吨清洁水，是我国用水量大、排放量大的工业部门之一(印染废水的危害及源头治理举措，朱宏飞，环境科学与管理，2007）。按1吨印染废水污染20吨清洁水体计算，每年未达标排放的废水优惠污染清洁水150亿吨(Forgacsetal.,Removal of synthetic dyes from wastewaters:a review[J]Environment International,2004,30(7):953-971.)。由于染料的大量生产和广泛使用，对环境造成了巨大的污染和健康风险。染料废水具有高浓度、高色度、高pH值、难降解和多变化等五大特征。虽然在工业发展中大量的环境保护措施减少了淡水的消耗量和较低的污水排放，但是排入环境中的大量有机染料仍然引起了人们的关注，也是对环境工作者的一种挑战。

传统的染料废水处理方法主要有吸附法、化学混凝法、膜分离法，以及厌氧/好氧生物处理法等，前三种方法都是采用富集浓缩的原理，没有真正去除染料污染物，生物处理法虽然能降解部分染料污染物，但是由于大部分染料废水具有有机物浓度高、可生化性差甚至有生物毒性等特点，使得传统生物处理法的降解速率与效率难以令人满意(董秋花，刘明阳，赵中一.TiO₂催化降解结晶紫的降解历程探究[J].环境科学与技术,2010,33(9):67-70)。另外，研究最广泛的还有化学脱色方法，在化学降解过程中染料分子被氧化，分解成无色小分子，如二氧化碳、水、氮、醛、酸和硫酸盐染料结构。有机染料的化学氧化过程通常涉及使用氧化剂，如氯和二氧化氯，臭氧，过氧化氢等。此类常规化学氧化方法对废水停留时间要求长，降解效果有限，可能还会产生氯代有机物等毒性更高的代谢产物。高级氧化技术可产生具有强氧化性的活性自由基，能使许多结构稳定，微生物难分解的有机物质转化为无毒无害的终点产物，如二氧化碳、水和无机离子等，近年来已成为染料废水处理的研究热点。但是，较高的设备投入和运行成本严重限制该项技术的商业化实际应用(薛秀玲，樊国封，刘如东．负载型TiO_2-xN_x的制备表征及可见光催化降解亚甲基蓝[J]．环境化学,2011,30(6):1152-1156)。

钙钛矿型金属氧化物因为稳定的晶体结构、独特的电磁性能以及较高的氧化还原、氢解、异构化、电催化等活性而广泛应用于环境保护和工业催化等领域。其中，NaBiO₃是一种性能优异，用途广泛的新型材料，研究发现其拥有较高的可见光催化活性，在利用可见光绿色治理环境污染中展露了广阔的应用前景(Kako T，Zou Z G，Katagiri M，et al.Decomposition of organic compounds over NaBiO₃under visible light irradiation[J].Chemistry of Materials,2007,19(2):198-202)。但是可见光催化降解技术处理染料废水的一个客观问题在于当废水色度较高时，可见光的透射性可能会因为染料的屏蔽作用而减弱，从而影响该技术的最终处理效果(Selli,E.Synergistic effects of sonolysis combined with photocatalysis in the degradation of an azo dye [J].Physical Chemistry Chemical Physics.2002,4(24),6123-6128.)。专利号ZL200910029442.8介绍了NaBiO₃与AgNO₃的反应生成物BSO只在搅拌接触的情况下就能脱色三苯甲烷类染料。该方法利用NaBiO₃的氧化性，不需要外加能源，对染料废水的脱色速率较快，但深度矿化能力有限。