[发明专利]基于Ag3PO4/Fe3O4/GO双效催化剂的协同催化氧化反应的组合水处理技术

说明书

本发明属于环境催化水处理技术领域，尤其涉及一种基于Ag₃PO₄/Fe₃O₄/GO双效催化剂的协同催化氧化反应的组合水处理技术。该技术是以Ag₃PO₄/Fe₃O₄/GO作为双效催化剂，在可见光照射和过硫酸盐共同存在下，高效催化降解吸附在催化剂表面的废水中的有机污染物。该技术大大提高了单一水处理技术的去除效率，同时克服了Fenton/TiO₂光催化组合技术只能吸收紫外光、pH应用范围窄、且产生二次污染等弊端。单次循环后催化剂可通过外加磁场快速分离回收，重复利用后仍可达到较好的去除效果，该技术在水处理领域具有广阔的工业应用前景。

技术领域

本发明属于环境催化水处理技术领域，尤其涉及一种基于Ag₃PO₄/Fe₃O₄/GO双效催化剂的协同催化氧化反应的组合水处理技术。

背景技术

随着工业的快速发展，废水的种类及数量迅猛增加，对水体的污染也日趋广泛，严重威胁人民身体健康和生命安全。因此，治理环境水污染已成为目前亟待解决的问题，而寻求有效的废水处理新技术是解决这一问题的关键。相比于传统的生物和物理化学水处理方法，近年出现并发展起来的“环境催化水处理技术”在去除水体中难降解有机污染物方面表现出了明显优势。其中的光催化氧化法和芬顿催化氧化法，因能耗低而被公认为是两种“绿色催化水处理技术”。但是，由于废水中难降解有机污染物种类与浓度的与日俱增，利用单一处理技术已经无法达到令人满意的效果。因此，组合式水处理技术愈加受到业界重视。这些组合技术构成的混合氧化体系可能出现多种技术的“协同作用”，对目标污染物的去除率超过单独应用其中任何一种技术所得到的污染物去除率的总和。

Fenton/TiO₂光催化是最常见的组合技术。但是，传统Fenton体系pH应用范围较窄，产生Fe(OH)₃铁泥、造成二次污染，生成的•OH活性基团寿命极短（约为 10^-9s），且无选择性，所以反应较难控制。而基于Fe²⁺活化过硫酸盐产生硫酸根自由基（SO₄⁻•）的类芬顿高级氧化技术因其活性基团寿命更长，反应更具选择性，且能诱导产生•OH、形成双自由基体系而成为高级氧化技术研究的新热点。另外，传统TiO₂光催化技术只能吸收波长小于380 nm的紫外光，光响应范围狭窄且量子效率较低，严重限制了它的实际应用。而基于新型光催化剂磷酸银（Ag₃PO₄)的光催化技术，可充分利用太阳光中的可见光分解水产生氧气，进而将水体中的有机污染物氧化为CO₂和H₂O，其分解水产生氧气的量子化效率高达90%。

石墨烯(graphene)作为新型碳纳米材料的代表，一经发现立刻掀起了新一轮碳纳米复合材料的研究热潮。由于其电子传输性能优异，比表面积大，物理化学性质稳定，对污染物分子的吸附能力强，该碳纳米材料已成为理想的光催化剂载体。目前，被成功制备的各种基于新型碳纳米材料的半导体纳米复合光催化剂已取得了优异的效果。这主要原因为：GO比表面积大，能够快速吸附水溶液中的有机污染物，从而提高光催化效率；GO电子传输能力强，有效避免了光生电子‒空穴的结合，提高光催化效能的同时也抑制了Ag⁺的还原，降低光腐蚀现象的发生，提高了材料的稳定性。