[发明专利]一种利用光催化技术净化有机废水的方法

说明书

本发明公开了一种利用光催化技术净化有机废水的方法，包括步骤一，光催化剂制备；步骤二，光催化剂表征；步骤三，光催化剂评价；步骤四，有机废水净化；制备纯相g‑CsN和膨胀石墨；对g‑C₃N₄和膨胀石墨进行固体混合热处理制备g‑C₃N₄/EG光催化剂；对固体g‑C₃N₄进行溶胶处理后负载在EG上以制备得到g‑C₃N₄/EG光催化剂；该利用光催化技术净化有机废水的方法，为弥补单一组份g‑C₃N₄光催化性能差的缺陷，提出将g‑C₃N₄与膨胀石墨复合，得到高效的光催化剂；通过对纯相g‑C₃N₄和复合后的g‑C₃N₄/EG光催化剂进行表征结果及性能评价结果的综合对比分析，得出光催化剂反应机理。

技术领域

本发明涉及环境保护技术领域，具体为一种利用光催化技术净化有机废水的方法。

背景技术

水是人类赖以生存发展的重要环境资源之一，而我国是一个水资源相对匮乏的国家：此外，工业化、城镇化进程的加快导致的水环境恶化，又进一步激发了我国水资源供需不平衡的矛盾。当前，传统的有机废水处理方法包括吸附法、化学法、电解法和生物法等.这些方法或由于不能完全去除污染物，或需要引入化学试剂，又或者成本过高等原因，并不能作为高效的有机废水处理方法。

作为唯一一种可以从真正意义上取代化石能源的能量来源，太阳能同时具备了可再生性和碳中和性，因此对太阳能的直接转化和利用是当今时代最重要的科学挑战之一，也是新型清洁能源和污染治理的发展方向。与有机废水处理的传统技术相比，光催化技术，一种利用光辐射作为诱发条件，通过生成羟基自由基(-OH)和超氧自由基(-O₂^-)等活性组分，进而在光催化剂表面发生氧化还原反应的高级氧化技术，近年来被广泛用于环境净化等应用研究领域。

在光催化领域，常见的光催化剂为以二氧化钛(TiO₂)为代表的半导体物质，其中二氧化钛(TiO₂)的重要性毋庸置疑。然而，TiO₂这类宽禁带的光催化剂仅能被紫外线或近紫外线激发，这就意味着太阳光谱中的可见光部分(43％)得不到有效利用。近年来，开发可见光响应的光催化剂成为主流研究趋势。氮化碳是一类新兴的，仅由碳和氮两种元素组成的有机半导体材料，这种材料由于具有良好的生物兼容性，热稳定性，耐化学性和耐磨性等品质，受到了越来越多研究人员的青睐。此外，由于氮化碳的构造单元(图1)中包含了氮原子孤电子对和共轭π键，使得这种材料具有2D类石墨烯的独特的电子结构。在氮化碳这一名称下存在着多个同素异形体，其中以石墨相形式存在的氮化碳(g-C₃N₄)被广泛认为是大气环境下最稳定的形式。石墨相氮化碳是一个具有中等禁带宽度的n型半导体，因此可以吸收可见光并将之转化为化学能，是极具应用前最的光催化材料之一。

然而在实际应用过程中，g-C₃N₄的效率被其过小的比表面积大大的限制了。基于炭基材料强大的吸附和催化能力，在实际进行的污染防治技术中多偏重此类材料。常用的炭基材料主要有活性炭、活性焦、活性炭纤维以及碳纳米管等，除了这些常规的碳材料外，近年来兴起的几种新型碳材料，石墨烯、碳纳米量子点特别是膨胀石墨等，在污染防治技术中都有良好的应用前景。