[发明专利]一种可见光下光催化还原Cr(VI)的方法

说明书

本发明属于重金属离子处理技术领域，涉及一种可见光下光催化还原Cr(VI)的方法，先将N‑Fe³⁺/TiO₂催化剂加入到重铬酸钾溶液中搅拌均匀并调节溶液pH为3～9得到混合液，再将混合液倒入光催化反应器中，持续搅拌直至Cr(VI)在N‑Fe³⁺/TiO₂催化剂表面及光催化反应器内表面达到吸附平衡，然后接通白炽灯管进行N‑Fe³⁺/TiO₂还原Cr(VI)光催化反应，实现Cr(VI)的还原降解；其方法简单，操作方便，成本低，光催化还原效率高，无需向光催化还原反应体系中添加其它化学物质，无二次污染。

技术领域：

本发明属于重金属离子处理技术领域，涉及一种可见光下光催化还原Cr(VI)的方法，特别是一种可见光下基于N-Fe³⁺/TiO₂催化剂光催化还原Cr(VI)的方法，安全高效地去除水体中重金属离子Cr(VI)。

背景技术：

六价铬Cr(VI)污染物主要来自于采矿、冶金、电镀、制革、重铬酸盐化工生产及铬渣处理等行业，上述行业在化工生产或废物处理过程中会产生大量含铬重金属离子废水。含铬废水及铬渣的不当处理均会对生态环境造成巨大的危害。Cr(VI)为吞入性/吸入性污染物，很容易被人体吸收。国内外大量毒理学研究证实，长期暴露在Cr(VI)环境中的人体，不仅皮肤会产生过敏现象，而且其他器官也会发生遗传性基因缺陷等病症。

目前，去除水体中Cr(VI)的方法主要有吸附/生物吸附、电解和化学还原。虽然吸附/生物吸附能快速地去除Cr(VI)，但是Cr(VI)的后续处理极易产生二次污染；电解法是在一定电压条件下将Cr(VI) 快速转化为Cr(III)的一种方法，但为了维持较高的电解效率，需要给反应体系施加较高电压，并向溶液中不断补充支持电解质，因此处理成本提高；化学试剂还原法是还原性试剂将Cr(VI)转化为Cr(III)的一种方法，需不断的投加还原性试剂，反应成本大幅提高。而TiO₂光催化还原反应是一种更为安全、绿色和节能的水处理技术，TiO₂是一种环境友好光催化材料，在紫外光照射下，其表面产生还原性极强的光生电子，它们能有效地将Cr(VI)还原为Cr(III)。

中国专利201710452931.9公开了一种基于催化剂光催化还原 Cr(VI)的方法，研究了Fe³⁺/TiO₂催化剂紫外光下降解Cr(VI)光催化反应，发现在最佳实验条件下，紫外光(λ＝254nm)辐射60min， Fe³⁺/TiO₂还原Cr(VI)光催化效率为99.8％，反应速率常数为0.0584min^-1，虽然Fe³⁺/TiO₂具有较高的光催化性能，但是可见光催化效率很低，约为4-5％，这限制了TiO₂光催化反应在实际工程中的应用。因此，为实现TiO₂可见光催化反应在含铬废水实际处理中的应用，开发一种可见光下TiO₂还原Cr(VI)的光催化反应至关重要。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，设计一种绿色、节能、高效的基于N-Fe³⁺/TiO₂催化剂在可见光下光催化还原Cr(VI)的方法，采用自制的N-Fe³⁺/TiO₂催化剂，在自制的光催化反应器中研究N-Fe³⁺/TiO₂可见光下还原去除Cr(VI)的光催化反应动力学，为含铬废水的处理提供理论指导与技术支持。

为了实现上述目的，本发明采用非金属N和金属离子Fe³⁺共掺杂的N-Fe³⁺/TiO₂催化剂，在可见光下进行还原Cr(VI)的光催化反应，具体过程为：