[发明专利]一种光催化降解废水中有机污染物的方法及装置

权利要求书

1.一种光催化降解废水中有机污染物的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、二氧化钛溶胶的制备

所述二氧化钛溶胶是由钛酸四丁酯、含氮掺杂源以1mL：0.5~0.6g的用量比分散于乙醇-硝酸混合溶液中制备得到的；

S2、纳米氧化锌电纺膜的制备

将锌源前驱体溶胶转移至静电纺丝设备中进行纺丝，使锌源前驱体溶胶以纺丝的形式喷出，在接收装置上形成纺丝线交织构成的薄膜，将薄膜置于马弗炉中煅烧，得到纳米氧化锌电纺膜；

所述锌源前驱体溶胶是由聚合物材料、醋酸、硝酸铕、锌源以质量比1：0.1~0.3：0.02~0.06：0.1~0.3分散于乙醇中制备得到的；

S3、氧化锌/二氧化钛复合薄膜催化剂的制备

将S1得到的二氧化钛溶胶与S2得到的纳米氧化锌电纺膜以质量比50~100:1分别加入到高压密闭容器中，在160~200℃下水热反应8~24h，使二氧化钛纳米晶粒生长在纳米氧化锌电纺膜上，反应完成后，用乙醇和去离子水反复冲洗干净后，烘干，得到氧化锌/二氧化钛复合薄膜催化剂；

S4、光催化降解有机污染物

将S3得到的氧化锌/二氧化钛复合薄膜催化剂涂覆于催化反应器上，在光催化光源的作用下，将双氧水与有机污染物的混合溶液加入到催化反应器中，进行光催化降解反应，每隔30min由催化反应器的底部出口取样一次，每次取样5mL，离心分离后，用紫外-可见吸光光度计测定上清液的吸光度值，并计算降解率；S4中，所述双氧水在双氧水与有机污染物的混合溶液中的质量占比为0.1%~1.0%。

2.根据权利要求1所述的光催化降解废水中有机污染物的方法，其特征在于，S1中，所述含氮掺杂源为尿素、氯化铵、硝酸铵、乙酸铵中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的光催化降解废水中有机污染物的方法，其特征在于，S1中，所述乙醇-硝酸混合溶液是由乙醇、去离子水、浓度为60%~70%的硝酸以体积比25：4：1混合制备得到的。

4.根据权利要求1所述的光催化降解废水中有机污染物的方法，其特征在于，S2中，所述聚合物材料为聚乙烯吡咯烷酮、聚乳酸、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯、聚乙烯醇中的任意一种；所述锌源为醋酸锌、硝酸锌、氯化锌中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的光催化降解废水中有机污染物的方法，其特征在于，S2中，乙醇在锌源前驱体溶胶中的质量占比为60%~80%。

6.根据权利要求1所述的光催化降解废水中有机污染物的方法，其特征在于，S2中，马弗炉中煅烧的操作过程如下：

在100~200℃下煅烧2~8h，然后以10℃/min的速度升温至300~500℃，保温煅烧1~2h，煅烧结束后，自然冷却至室温。

7.根据权利要求1所述的光催化降解废水中有机污染物的方法，其特征在于，S2中，静电纺丝设备的纺丝工作距离为8~12cm，工作电压为10~20KV，纺丝温度为30~50℃。

8.一种权利要求1所述的光催化降解废水中有机污染物的方法采用的装置，其特征在于，包括催化反应器（1），所述催化反应器（1）的中部设置有透明的中空套管（2），所述中空套管（2）的两端均设有密封帽（3），所述中空套管（2）内设有光催化光源（4），所述催化反应器（1）的内壁上设置有沿所述中空套管（2）螺旋盘绕向下的反应槽体（5），每个所述反应槽体（5）的上侧壁均匀涂覆有氧化锌/二氧化钛复合薄膜催化剂（6），所述反应槽体（5）的下侧壁设置有扩散聚光层（7），所述催化反应器（1）的顶部一侧设置有延伸至与其对应的反应槽体（5）的顶部侧缘的进液口（8），所述催化反应器（1）的底部一侧设有出液口（9）。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述催化反应器（1）的顶部进液口（8）上通过进液泵（10）连接有废水池（11），所述催化反应器（1）的底部出液口（9）上连接有回收池（12），所述光催化光源（4）的顶部连接有电源线（13），所述电源线（13）延伸出所述催化反应器（1），且连接有电源（14）。