[发明专利]一种污水处理净化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属污水处理技术领域，具体涉及一种集高吸附、光敏化和光催化于一体的污水处理净化剂及其制备方法和应用。

背景技术

20世纪以来，经济的迅速发展和工业化大生产带来了巨大的负面效应—地球生态的日益恶化。目前各国政府已经意识到了环境问题的严重性，把环境净化与能源开发等一系列问题提升到关系国家生存与发展的高度来对待，因而这方面的研究与技术开发备受世人的关注。

随着纺织业的迅速发展，纺织业的废水已经成为水环境的重点污染源之一，染料废水具有色度高、无机盐含量高、成分复杂、可生化性差、脱色困难等特点，因此能够有效的处理染料废水具有重要的理论和实际意义。

目前对染料废水的处理的方法主要包括物理法、生化法、化学法等。物理吸附法对于高浓度的染料废水效率较高，但受吸附动力学的影响，当废水中染料浓度较低时，就不能完全去除染料；膜分离技术由于价格昂贵和效率低下而得不到广泛运用；生化法也存在对色度的去除率不高的缺点。近些年来发展起来的光催化氧化降解有机毒害物法，尤其是纺织业废水，提供了一种良好的处理废水的途径，特别是在较低浓度的的情况下，能够弥补物理吸附的缺陷，能将废水中染料完全降解。中国发明专利CN 101863524B，公开了“一种光催化氧化降解含染料废水的方法”，该方法以直径小于3纳米的铂纳米线为光催化剂，在自然光的条件下，光催化降解废水中的染料，该法只能处理染料的浓度为5-60毫克每升的废水，属于较低浓度的染料废水，不能处理高浓度的染料废水。

对于水体的污染，重金属离子也是污水中常见的污染物。重金属离子主要来自于电镀、冶炼、五金、化工、矿山开采等部门。重金属离子的威胁在于，其不能被微生物分解，相反会在生物体内富集，并把它转化为毒性更大的重金属有机化合物。人类作为食物链的顶端，如果误食、误饮了含有重金属离子的动植物以及水，会对人的身体造成极大的毒害作用。故除去废水中的重金属离子显得十分重要。

目前重金属离子废水处理方法主要有：化学沉淀法、电解法、溶剂萃取分离、离子交换法、膜分离技术和吸附法。尽管这些方法都有一定的优点，但也存在一些缺点，如成本高，去除率低，操作繁琐，耗能大等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种集高吸附、光敏化和光催化于一体的污水处理净化剂及其制备方法和应用，以克服现有技术中的不足。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种污水处理净化剂，其为氮掺杂水合氧化钨，且具有如下化学式：H₂W_1.5O_5.5·H₂O:N。

该净化剂集高吸附、光敏化和光催化于一体去除废水中染料及金属阳离子。

具体而言，由于本发明净化剂的表面带负电荷，能够利用光催化有效的去除低浓废水中的染料，并且其优异的吸附性能使该净化剂在处理高浓度的染料废水以及金属阳离子（尤其是重金属离子）废水时亦有良好的性能。

一种污水处理净化剂的制备方法，包括：

将含有钨元素、氮元素的化合物分散和/或溶解于有机溶剂中混合均匀，使N元素与W元素的摩尔比为0.5~50：1，并在100～200℃反应1～12h，而后将混合反应物自然冷却，再分离出其中的固形物，经洗涤、干燥后，获得所述污水处理净化剂。

进一步的，该制备方法中，优选将混合反应体系中的含有钨元素的化合物浓度控制在0.005~0.1摩尔/升。

进一步的，该制备方法可以包括：将混合反应物自然冷却后，以1000～10000rpm的转速离心10～120min，从而分离出其中的固形物。

进一步的，该制备方法可以包括：将所述固形物以无水乙醇洗涤1次以上，再以1000～10000rpm的转速离心20～120min，而后将分离出的固形物于50～100℃干燥1h以上，获得所述污水处理净化剂。

在一典型实施案例中，该制备方法可以包括如下步骤：

（1）将含有钨元素、氮元素的化合物分散和/或溶解于无水醇中，并混合均匀；

（2）将得到的混合物置于水热反应釜中，反应温度为100～200℃，反应时间为1～12小时；

（3）待反应釜自然冷却后，将反应产物于1000～10000rpm的转速下离心，离心时间为10～120min，得到沉淀物，然后，将沉淀用无水乙醇洗涤1～5次，并于1000～10000rpm的转速下离心，离心时间为20～120min；