[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

说明书

本发明提供一种光催化降解废水中有机污染物的方法及装置，属于有机污染物处理技术领域，该方法首先将氮元素以取代氮或间隙氮的方式进入二氧化钛晶格中，得到掺杂N的二氧化钛溶胶，接着采用静电纺丝的方式得到锌源前驱体溶胶，并采用水热方法将二氧化钛有序生长在纳米氧化锌电纺膜的线轴上，得到氧化锌/二氧化钛复合薄膜催化剂，并与双氧水发生协同作用，对多种有机污染物均具有高效催化能力。该方法反应条件温和，降解效率高，反应2h，降解率即可达到95％以上。该装置通过螺旋盘绕的反应槽体以及竖直插入反应槽体中部的光催化光源，有效解决了光催化剂分离困难的问题，且能够延长催化剂膜层的使用寿命。

技术领域

本发明涉及有机污染物处理技术领域，具体涉及一种光催化降解废水中有机污染物的方法及装置。

背景技术

废水中有机污染物的种类繁多，其中又以化工废水、印染废水、造纸废水、制药废水中的成分最为复杂、毒性最大，这些有机污染物一旦直接排放，将会造成生态环境的破坏。因此，如何有效处理废水中的有机污染物以达到无害化排放的标准成为了人们亟待解决的一大难题。

由于二氧化钛(TiO2)等半导体催化剂容易受光照激发，产生高活性的光生电子(e^-)-光生空穴(h+)，由此形成强氧化性的游离基，如羟基游离基(·OH)等，对废水中的有机污染物具有较强的氧化性，最终形成环境友好的小分子无机物，因此，将光催化剂用于降解废水中的有机污染物成为了近年来研究的热点课题。

在实际应用中，单一的光催化剂仍然存在氧化效率不高、吸附能力差、易团聚等问题，因此，通常将TiO2负载于较大比表面积的载体上，以增大孔隙率和比表面积，进而提高负载量，达到提高氧化效率的目的。

但是，相对于单一的光催化剂，负载TiO2复合材料在应用于催化有机污染物的过程中，仍然存在分离困难、催化效率以及活性不高等问题，难以进行多次的重复利用，利用率较低。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种光催化降解废水中有机污染物的方法及装置，用于解决光催化剂分离困难、催化效率以及活性不高、重复利用率低的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下。

一种光催化降解废水中有机污染物的方法，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-可将吸光光度计测定上清液的吸光度值，并计算降解率。