一種光助鐵酸鉍活化過(guò)硫酸氫鉀降解有機(jī)廢水的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種降解有機(jī)廢水的方法，特別是涉及一種采用光助鐵酸鉍活化過(guò)硫酸氫鉀降解有機(jī)廢水的處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)目前每年需要排放大量的工業(yè)廢水(如石化廢水、印染廢水、制藥廢水)，這些廢水和污水成分復(fù)雜，如合成洗滌劑、有機(jī)氯農(nóng)藥、多氯聯(lián)苯(PCBs)、多環(huán)芳烴(PAHs)、偶氮類有機(jī)污染物等，它們的可生化性較差，且大多具有致癌作用，危及人類的的身體健康。此時(shí)，常用的生物處理技術(shù)很難將其去除，甚至這些毒性物質(zhì)的引入還可能引起微生物中毒，導(dǎo)致生物處理系統(tǒng)的崩潰。因此，治理工業(yè)廢水勢(shì)在必行。
[0003]“Fenton催化氧化”是目前常用的高級(jí)氧化法。基本原理是利用亞鐵鹽(Fe2+)催化H2O2分解產(chǎn)生.0Η降解水中的有機(jī)污染物。但該反應(yīng)存在一些缺陷，如:為了保證Fe2+的穩(wěn)定存在，F(xiàn)enton反應(yīng)需要酸反應(yīng)環(huán)境；天然水體中存在的無(wú)機(jī)離子易淬滅催化反應(yīng)產(chǎn)生的.0H出202的貯存和運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)高。針對(duì)傳統(tǒng)的Fenton催化氧化的這些特點(diǎn)，基于硫酸根自由基(S04‘_)的高級(jí)氧化技術(shù)成為高級(jí)氧化技術(shù)研宄的新熱點(diǎn)。與.0H比較，SO4具有以下優(yōu)點(diǎn):a.S04‘_產(chǎn)生后能持續(xù)更長(zhǎng)的存在時(shí)間；b.與有機(jī)物反應(yīng)更具選擇性；c.在較寬pH值范圍內(nèi)能保持較高的氧化還原電勢(shì)；d.能誘導(dǎo)產(chǎn)生.0Η，形成雙自由基系統(tǒng)，氧化能力更強(qiáng)。過(guò)硫酸氫鉀可被過(guò)渡金屬離子活化產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化能力的SO4‘_，其中以Co2+效果最為明顯。但由于Co2+對(duì)環(huán)境不友好，限制了其實(shí)際應(yīng)用。近年來(lái)Fe系化合物活化過(guò)硫酸氫鉀降解有機(jī)污染物引起了廣泛的關(guān)注，Zhang T等在Environmental Science&Technologyvol.47 (2013)pp.2784-2791報(bào)道了用CuFe2O4活化過(guò)硫酸氫鉀降解生物難降解的污染物；Yao Y 等在 Journal of Hazardous Materials vol.270 (2014) pp.61-70 報(bào)道了用 MnFe2O4活化降解有機(jī)污染物的研宄。但到目前為止光助鈣鈦礦結(jié)構(gòu)BiFeO3活化過(guò)硫酸氫鉀降解有機(jī)污染物卻鮮有報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種光助BiFeO3活化過(guò)硫酸氫鉀降解有機(jī)污染物的方法。
[0005]為了解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的。
[0006]本發(fā)明一種光助鐵酸鉍活化過(guò)硫酸氫鉀降解有機(jī)染料廢水的方法，首先制備鈣鈦礦結(jié)構(gòu)球狀BiFeO3*催化劑，然后將BiFeO 3光催化劑與有機(jī)染料廢水充分混合達(dá)到吸附平衡后，向體系中加入過(guò)硫酸氫鉀，在光照、BiFeO3協(xié)同活化作用下產(chǎn)生硫酸根自由基，氧化降解水中的有機(jī)污染物。
[0007]在制備上述BiFe03*催化劑和上述過(guò)硫酸氫鉀溶液形成的多相共存體系時(shí)，BiFeO3光催化劑和過(guò)硫酸氫鉀優(yōu)選1: (I?1.5)的摩爾比的比例通過(guò)混合制備，采用BiFeO3光催化劑溶液的濃度優(yōu)選為1.0?4.0mmol/L，采用過(guò)硫酸氫鉀溶液的濃度優(yōu)選為1.0 ?6.0mmol/Lo
[0008]上述BiFeO3*催化劑的制備包括如下步驟:
[0009]稱取2.1g硝酸鉍溶于150ml水中，加入Ig十六烷基三甲基溴化銨充分?jǐn)嚢韬?，加?.8g硝酸鐵，攪拌30min后加入31.5g氫氧化鉀作為礦化劑，充分?jǐn)嚢韬蟀鸦旌先芤貉b進(jìn)反應(yīng)釜中，填充度80%，升溫至180°C反應(yīng)6h，產(chǎn)物經(jīng)去離子水、乙醇充分洗滌后至pH值為7，于60°C干燥5h，得到棕色樣品，即為球狀BiFeO3光催化劑。
[0010]本發(fā)明的科學(xué)原理:
[0011]本發(fā)明利用可見光激發(fā)窄帶系半導(dǎo)體材料扮？603產(chǎn)生光生電子和空穴催化降解有機(jī)污染物，同時(shí)光和Fe3+可以協(xié)同活化過(guò)硫酸氫鉀快速高效地產(chǎn)生S04‘_降解有機(jī)污染物，使得氧化劑得到充分利用從而高效地降解有機(jī)染料廢水中的有機(jī)污染物(包括偶氮染料)。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有以下技術(shù)效果:
[0013]1.本發(fā)明制備的可見光活性的扮？603具有球狀形貌，比表面積大，吸附性能高，穩(wěn)定性好，本身即可作為光催化材料重復(fù)使用。
[0014]2.本發(fā)明是用光和BiFeCU#同活化過(guò)硫酸鉀產(chǎn)生硫酸根自由基，可快速高效的產(chǎn)生scv—降解有機(jī)污染物，大幅度的提高了過(guò)硫酸氫鉀的利用率。
[0015]3.本發(fā)明中BiFeO3與過(guò)硫酸氫鉀連用氧化降解有機(jī)污染物，在光照較好的條件下可有效的降解有機(jī)污染物，在無(wú)光或光照條件不好的情況下(如霧霾天氣)也可有效的氧化降解有機(jī)污染物，具有很好的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本發(fā)明制得的BiFeOj^ XRD圖。
[0017]圖2為本發(fā)明制得的BiFeO3的SEM圖(放大倍率為800倍)。
[0018]圖3為本發(fā)明制得的BiFeO3的SEM圖(放大倍率為3300倍)。
[0019]圖4為不同催化劑對(duì)羅丹明的光催化氧化降解圖。
[0020]圖5為本發(fā)明制得的BiFeO3S化過(guò)硫酸氫鉀對(duì)不同染料的光催化氧化降解圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于以下的實(shí)施例。
[0022]一、球狀光催化劑BiFeO3的制備
[0023]實(shí)施例1
[0024]稱取2.1g硝酸鉍溶于150ml水中，加入Ig十六烷基三甲基溴化銨充分?jǐn)嚢韬?，加?.8g硝酸鐵，攪拌30min后加入31.5g氫氧化鉀作為礦化劑，充分?jǐn)嚢韬蟀鸦旌先芤貉b進(jìn)反應(yīng)釜中，填充度80%，設(shè)定升降溫速率后，在180°C反應(yīng)6h，產(chǎn)物經(jīng)去離子水、乙醇充分洗滌后至PH值為7，于60°C干燥5h，得到棕色樣品，即為球狀BiFeO3光催化劑。
[0025]二、采用光助鐵酸鉍活化過(guò)硫酸氫鉀降解有機(jī)廢水的效果評(píng)價(jià)
[0026]實(shí)施例2
[0027]采用光催化劑BiFeO3與過(guò)硫酸氫鉀聯(lián)用進(jìn)行有機(jī)染料廢水的降解，處理對(duì)象是濃度為5mg/L的羅丹明B水溶液200mL，往反應(yīng)器加入0.2g BiFeO3,在無(wú)光條件下攪拌30min，使溶液中羅丹明與光催化劑表面達(dá)到吸-脫附達(dá)到平衡，然后在充分?jǐn)嚢璧臈l件下加入0.3g過(guò)硫酸氫鉀，打開500W氙燈，進(jìn)行光催化氧化反應(yīng)。每隔5min取樣，每次取樣5mL，用紫外-可見分光光度計(jì)測(cè)試在最大波長(zhǎng)的吸光度值，通過(guò)吸光度值的變化計(jì)算出羅丹明溶液的降解率。
[0028]對(duì)比例I
[0029]采用單獨(dú)加入光催化劑BiFeO3進(jìn)行有機(jī)染料廢水的降解，處理對(duì)象是濃度為5mg/L的羅丹明B水溶液200mL，往反應(yīng)器中加入0.2g BiFeO3，其它條件與實(shí)施例2同。
[0030]對(duì)比例2
[0031]采用單獨(dú)加入過(guò)硫酸氫鉀進(jìn)行有機(jī)染料廢水的氧化降解，處理對(duì)象是濃度為5mg/L的羅丹明B水溶液200mL，往反應(yīng)器加入0.33g過(guò)硫酸氫鉀，其它條件同實(shí)施例2同。
[0032]以上三個(gè)實(shí)施例中不同催化劑降解羅丹明的性能如圖4所示，由圖4可見！BiFeO3表現(xiàn)出較高的活化過(guò)硫酸氫鉀的性能，40分鐘對(duì)羅丹明B降解率可達(dá)到65%，與單獨(dú)PMS降解率相比提高了 15%。
[0033]對(duì)比例3
[0034]采用光催化劑BiFeO3和過(guò)硫酸氫鉀聯(lián)用進(jìn)行有機(jī)廢水的降解，處理對(duì)象是濃度為5mg/L的甲基橙水溶液200mL，其它條件同實(shí)施例2同。
[0035]對(duì)比例4
[0036]采用光催化劑BiFeO3和過(guò)硫酸氫鉀聯(lián)用進(jìn)行有機(jī)染料廢水的降解，處理對(duì)象是濃度為5mg/L的甲基藍(lán)水溶液200mL，其它條件同實(shí)施例2同。
[0037]由圖5可知，在對(duì)比例3中催化劑BiFeO3與過(guò)硫酸氫鉀聯(lián)用在15min時(shí)甲基橙的降解率達(dá)到了 94%，在對(duì)比例4中催化劑BiFeO3與過(guò)硫酸氫鉀聯(lián)用在40min時(shí)甲基藍(lán)的降解率達(dá)到了 90%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種光助鐵酸鉍活化過(guò)硫酸氫鉀降解有機(jī)廢水的方法，其特征在于，首先制備球狀BiFeO3光催化劑，然后將BiFeO 3光催化劑與有機(jī)廢水充分混合達(dá)到吸附平衡后，向體系中加入過(guò)硫酸氫鉀，在光照、過(guò)渡金屬離子協(xié)同活化作用下產(chǎn)生硫酸根自由基，氧化降解水中的有機(jī)污染物； 所述BiFeO3光催化劑和過(guò)硫酸氫鉀摩爾比為1: (I?1.5); 所述有機(jī)廢水濃度為5?50mg/L ;所述BiFeO3*催化劑溶液的濃度為1.0?4.0mmol/L，過(guò)硫酸氫鉀溶液的濃度為1.0?6.0mmoI/L ； 所述球狀BiFeO3*催化劑是通過(guò)以下步驟予以制備的: 稱取2.1g硝酸秘溶于150ml水中，加入Ig十六燒基三甲基溴化錢充分?jǐn)嚢韬?，加?1.8g硝酸鐵，攪拌30min后加入31.5g氫氧化鉀作為礦化劑，充分?jǐn)嚢韬蟀鸦旌先芤貉b進(jìn)反應(yīng)釜中，填充度80%，升溫至180°C反應(yīng)6h，產(chǎn)物經(jīng)去離子水、乙醇充分洗滌后至pH值為.7，于60°C干燥5h，得到棕色樣品，即為球狀BiFeO3光催化劑。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種采用光助鐵酸鉍活化過(guò)硫酸氫鉀降解有機(jī)廢水的處理方法，屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明中鈣鈦礦結(jié)構(gòu)BiFeO3具有球狀形貌，是在水熱條件下通過(guò)加入一定量的表面活性劑制得，比表面積大，制得的BiFeO3本身即可在可見光照射下光催化降解有機(jī)污染物。本發(fā)明中將BiFeO3應(yīng)用于活化過(guò)硫酸氫鉀降解有機(jī)污染物中，在15min對(duì)甲基橙的降解率為94％，40min對(duì)甲基藍(lán)的降解率為90％，40min對(duì)羅丹明的降解率為65％。BiFeO3與過(guò)硫酸氫鉀聯(lián)用氧化降解有機(jī)污染物，在光照較好的條件下可有效的降解有機(jī)污染物，在無(wú)光或光照條件不好的情況下也可有效的氧化降解有機(jī)污染物，具有很好的應(yīng)用前景。
【IPC分類】C02F1-30, B01J23-843, C02F1-72
【公開號(hào)】CN104743633
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510181466
【發(fā)明人】池方麗, 宋標(biāo), 楊斌, 呂耀輝, 冉松林
【申請(qǐng)人】安徽工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2015年4月16日