[发明专利]降解有机物的介质阻挡放电等离子-类芬顿-光催化方法

说明书

技术领域

本发明属于环境保护与治理领域，具体涉及一种降解有机物的介质阻挡放电等离子-类芬顿-光催化方法。

背景技术

介质阻挡放电等离子技术是降解环境污染物的一种有效途径，已广泛应用于环境中有机物的降解。在介质阻挡放电等离子体系，在外电场作用下，电子从电场获得能量，高能电子与周围的气体及其水分子碰撞，使之激发和电离，产生电子雪崩，从而产生大量的·OH以及O₃、·O、·N等活性物质，使有机污染物得到有效降解。由于·OH的氧化具有无选择性，在降解有机物的同时会有一部分·OH自身结合生成H₂O₂，为了充分利用这部分剩余的H₂O₂，在体系中加入Fe₃O₄作为催化剂形成介质阻挡放电等离子-类芬顿体系，提高·OH产量，另一方面，介质阻挡放电等离子电离空气会产生硝酸，pH值不断降低，为芬顿反应提供了合适的条件，无需额外加酸调pH，降低了成本；此外，Fe₃O₄因具有磁性可解决催化剂回收问题，减少铁泥产生。

等离子放电的过程还会产生冲击波，且电子通过放电通道时，一些激发态原子和分子会自发的发射紫外辐射，为了充分利用这部分紫外辐射，降低能耗，在介质阻挡放电等离子体系中加入TiO₂光催化可达到该效果，然而传统的粉末TiO₂光催化技术存在催化剂难分离的问题，将TiO₂负载于Fe₃O₄上，制备成磁性光催化材料Fe₃O₄-TiO₂，则可很好的解决催化剂分离、回收的问题。若将Fe₃O₄-TiO₂投加到介质阻挡放电等离子体系中，形成集介质阻挡放电等离子、Fe₃O₄类芬顿、TiO₂光催化为一体的介质阻挡放电等离子-类芬顿-光催化方法，有效降解有机污染物，降低能耗。

因此，制备具有磁性与光催化性能的Fe₃O₄-TiO₂材料，投加至介质阻挡放电体系中，形成介质阻挡放电等离子-类芬顿-光催化体系，以进一步提高有机污染物的降解能力，减少能耗，具有积极的意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能提高有机污染物降解效率、降低介质阻挡放电等离子的处理成本、提高催化剂回收率、减少铁泥产生的高效降解有机物的介质阻挡放电等离子-类芬顿-光催化方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

降解有机物的介质阻挡放电等离子-类芬顿-光催化方法，集介质阻挡放电等离子、Fe₃O₄类芬顿和TiO₂光催化于一体，组成介质阻挡放电等离子-类芬顿-光催化体系，对有机物进行高效降解，其具体操作步骤如下：

(1)溶胶-凝胶法制备Fe₃O₄-TiO₂磁性光催化材料：

用溶胶-凝胶法在Fe₃O₄表面包覆一层具有光催化性能的TiO₂；取钛盐与无水乙醇加入反应器中，恒温水浴搅拌，滴加冰乙酸至反应器中，再将乙醇水溶液逐滴加入反应器中，调节pH值在2～4后，继续水浴搅拌并加入Fe₃O₄，超声分散，陈化得到湿凝胶，干燥得到干凝胶，备用；

(2)组成介质阻挡放电等离子-类芬顿-光催化体系及对有机物进行降解：

按照50～250mg/L的投加量，在有机污染物溶液中投加步骤(1)得到的Fe₃O₄-TiO₂磁性光催化材料，则形成介质阻挡放电等离子-类芬顿-光催化体系，控制放电峰-峰值电压为11～14kV，初始pH值为3～11，初始电导率为50～1200μS/cm的条件下，对污染物进行有效降解。

所述步骤(1)中，TiO₂的晶型为锐钛矿，TiO₂的掺杂量为10％wt.～20％wt.。