[发明专利]钻井废液处理用全光谱响应氧化铋/磷酸银/碳纳米管海绵复合光催化剂及制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种钻井废液处理用全光谱响应氧化铋/磷酸银/碳纳米管海绵复合光催化剂及制备方法和应用，其制备方法包括步骤：将碳纳米管海绵加入硝酸银的有机醇水溶液中，加入磷酸氢二钠溶液，将所得混合液进行水热反应；经过滤、洗涤、干燥，得到磷酸银/碳纳米管海绵复合材料；将铋酸钠加入氢氧化钠溶液中，之后加入磷酸银/碳纳米管海绵复合材料，进行水热反应；经过滤、洗涤、冷冻干燥，即得。本发明制备的氧化铋/磷酸银/碳纳米管海绵三维复合光催化剂具有全光谱响应、光催化活性高、光生电子‑空穴复合率低和对非极性物质吸附降解能力强的优点，在可见光和近红外光照射下，用于原位处理钻井废液中多环芳烃等有机物污染。

技术领域

本发明涉及一种钻井废液处理用全光谱响应氧化铋/磷酸银/碳纳米管海绵复合光催化剂及制备方法和应用，属于钻井废液处理领域。

背景技术

随着钻井深度和难度的日益攀升，钻井液中化学添加剂的种类和用量也越来越多，导致废弃钻井液的处理难度急剧增加。2019年我国钻井作业量可达1.95万口，每年至少产生500万吨废弃钻井液。钻井过程中，为改进钻井液性能常加入的大量油基润滑剂，或钻进油层时混入钻井液中的原油等均会导致废弃钻井液中多环芳烃的含量较高。目前常采用固液分离、破胶絮凝、精细过滤等预处理，再通过催化氧化进行降解，但以上方法对多环芳烃的去除率较低、耗能巨大，且存在二次污染等不足。

光催化技术降解水体中有机污染物是一种绿色、高效的新型水处理方法，因对有机污染物具有极高的催化活性而成为研究热点，而光催化技术的关键之一是高效的光催化剂。例如：以磷酸银为代表的银基催化剂，其在420nm波长的可见光下量子效率高达92％，然而，磷酸银易被光生电子还原而产生光腐蚀现象，严重降低其稳定性和光催化活性。近年来，铋基光催化材料因其廉价的价格且具有良好的近红外光响应性能，而被广泛用于光催化剂领域。其中，氧化铋是一种新型铋基光催化剂，具有良好的近红外光响应性能。然而，氧化铋存在比表面积小，光生电子-空穴易重组、光催化剂性能弱等问题极大限制了其应用，可将氧化铋与银基催化剂形成异质结构来显著扩大体系对光谱的吸收范围，提高其催化活性。但常规的异质结构存在光生电子-空穴分离速率低和有机物的吸附性能差等不足，严重限制了其催化活性。碳纳米管海绵是通过碳纳米管自组装形成具有三维空间网络结构的多孔材料，具有强亲油性、质量轻、高孔隙度和高比表面积等特点。

而关于铋基光催化剂有不少专利文献报道，例如：中国专利文件CN109482210A提供了一种磷酸银/硫化铋/氧化铋双Z型光催化剂及其制备方法，该光催化剂以氧化铋为载体，氧化铋表面修饰有硫化铋和磷酸银，其制备方法包括如下步骤：(1)配制氧化铋与硫脲的混合水溶液进行水热反应，制备硫化铋/氧化铋复合物；(2)将硫化铋/氧化铋复合物与硝酸银溶液混合，加入磷酸氢二钠溶液进行二次反应，制得磷酸银/硫化铋/氧化铋复合光催化剂。但是，该发明中氧化铋的合成温度过高且为微米级的光滑块状体，使得其比表面积极小，进而导致其对非极性有机分子的吸附性能较弱，不利于提高光催化活性。中国专利文件CN109621994A提供了一种磷酸银/多壁碳纳米管/钨酸铋复合光催化材料及其制备方法，该复合光催化材料包括由碳纳米管和钨酸铋复合形成多壁碳纳米管/钨酸铋复合材料，其上负载有磷酸银。但该催化剂的载体仅是基于一维的碳纳米管，因而存在比表面积低、对非极性有机物吸附能力弱等问题，极大地制约了其光催化效能。同时，以上方法中所得到的催化剂未能有效吸收全光谱范围的光子，光催化活性较低，且不具备良好的吸附降解双重功效。

因此，制备一种全光谱响应、光催化活性高、光生电子-空穴复合率低和对非极性物质吸附降解能力强的三维结构光催化剂，对实现废弃钻井液的高效吸附和光降解处理，对进一步拓展光催化技术在钻井液处理中的应用具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种钻井废液处理用全光谱响应氧化铋/磷酸银/碳纳米管海绵复合光催化剂及制备方法和应用，该复合光催化剂具有全光谱响应的优点和高效的吸附、光降解性能。

本发明的技术方案如下：