CN101455972B - 纳米氧化锌光催化剂的复苏方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种纳米氧化锌光催化剂的复苏方法，其特征在于该方法包括光催化剂的再生和分离过程，其步骤是将体积比为1∶1的阴、阳混合抛光树脂预置于再生室中，使用微孔钛滤芯电极，将含有失效纳米氧化锌的悬浮溶液以较大流量自再生室底部泵输注入并排出溢液，进行电解处理，控制温度不超过60℃。再生结束后，关闭阳极出水，控制入水流量及电场强度至形成三相流化床状态，超微颗粒催化剂复苏后上浮导出。本方法通过采用施加电场的树脂床层浓缩低浓度悬浮催化剂及未完全降解污染物，为纳米氧化锌的复苏开辟了一条新的涂径。
Description
技术领域
本发明涉及光催化剂的复苏方法，尤其涉及纳米氧化锌光催化剂的复苏方法。
背景技术
氧化锌是最具有实用价值的光催化剂之一，被誉为“第三代半导体材料”。纳米氧化锌源丰价廉，其复合结构材料的可见光催化过程在成本和能耗方面有着强大的生命力和广阔的市场前景。
纳米氧化锌在光催化反应中由于微晶聚合、羧基类中间产物污染等因素会造成催化剂的中毒，而回收与再生方法及分析技术的研究严重滞后，成为光催化技术从实验室走向实际应用的主要障碍；其次，氧化锌催化剂易吸附光催化氧化产物(H2、CO2、有机酸等)，生成碳酸锌或碱式碳酸锌等，甚至转化成可溶性羧酸锌而损失；再次，部分不溶物逐渐积累形成催化剂表面吸附层，使氧化锌表面的导电类型发生变化，以致失活。
目前，纳米光催化剂回收与再生方法的系统研究还比较少，多采用焙烧方法去除表面吸附的污染物。然而焙烧过程会造成晶体颗粒的长大和形貌的改变，从而影响复苏后光催化剂的催化性能。电化学方法制备与组装纳米材料是近年来发展起来的一项新技术，操作条件温和可控是其突出的优点。然而已有的电化学再生装置中，悬浮型纳米氧化锌光催化剂需沉降回收后，采用清洗或者使交换及附着物在催化剂表面上直接反应掉的方法恢复部分活性，因而与催化剂循环周期相匹配的回收及再生方法的研究显得尤为重要。
发明内容
本发明的提出，旨在采用离子交换法直接合成免洗涤纳米氧化锌水分散体的基础上，设计一种采用施加电场抛光树脂床层来浓缩低浓度悬浮和溶解纳米氧化锌光催化剂组分及部分污染物的复苏方法，在实现水质深度净化的同时，实现纳米氧化锌光催化剂的活性复苏。
本发明的技术解决方案是这样实现的：
一种纳米氧化锌光催化剂的复苏方法，其特征在于该复苏方法的工艺过程中包括如下再生和分离处理步骤：
1、将体积比为1∶1的阴、阳混合抛光树脂预置于再生室中，使用微孔钛滤芯电极，接通电源。
2、将含有失效纳米氧化锌的悬浮溶液以较大流量自再生室底部泵输注入并排出溢液，保持液面稳定，阳极室产生的酸液和阴极室产生的碱液亦由恒流泵及时排出并补充以电导率为200μs/cm左右的自来水，用来降低极室温度，控制再生室温度不超过60℃。
3、再生结束后，关闭阳极出水，控制入水流量及电场强度至形成三相流化床状，超微颗粒催化剂复苏后上浮导出。
4、所述的实验装置的最佳工艺参数为：复苏电压60V，再生时间4h，再生室进悬浮液浓度10wt％，流量0.2ml/s，分离时进水流量2ml/s，复苏后纳米氧化锌光催化剂的四次循环催化性能与新鲜催化剂相近。
与现有技术相比较，本发明的优点在于：
(1)依据离子交换原理和动电强化作用促进有机酸根阴离子与羟基发生交换反应进入向树脂相中，进而发生电化学转化，以动电作用促进降解产物离子自催化剂表面到树脂表面的相转移过程。
(2)不设离子交换膜，以流场分隔氧化与还原反应区。基于离子交换树脂孔道的响应特性和氧化锌超微颗粒电泳性质，回收催化剂与具有氧化电位水分散体返回光催化系统中循环使用。
(3)这种通过强化离子交换过程完成污染物相转移的光催化剂复苏方法较污染物在催化剂表面上直接转化掉的再生更迅速，同步完成水质深度净化。
附图说明
图1是本发明的纳米氧化锌光催化剂复苏的电化学离子交换试验装置示意图；
图2是图1的左视图；
图3为纳米氧化锌光催化体系的UV-Vis曲线。
图中：1、阳极导出水，2、阴极导出水，3、电极固定法兰，4、钛基微孔滤芯电极，5、有机玻璃外壳，6、树脂排除口，7、布水器，8、进水口，9、封头，10、抛光树脂填充床，11、树脂加入口。
具体实施方式
如图1～图3所示。一种纳米氧化锌光催化剂的复苏方法，包括纳米氧化锌催化剂的再生和分解过程，其特征在于包括如下步骤：
1、将体积比为1∶1的阴、阳混合抛光树脂预置于再生室中，使用微孔钛滤芯电极，接通电源；
2、将含有失效的低浓度纳米氧化锌的悬浮溶液以较大流量自再生室底部泵输注入并排出溢液，保持液面稳定；阳极室产生的酸液和阴极室产生碱液亦由恒流泵及时排出并补充以电导率为200μs/cm左右的自来水，用来降低极室温度，控制再生室温度不超过60℃。
3、再生结束后，关闭阳极出水，控制入水流量及电场强度至形成三相流化床状，超微颗粒催化剂复苏后上浮导出。
4、所述实验装置的最佳工艺参数为：复苏电压60V，再生时间4h，再生室进悬浮液浓度10wt％，流量0.2ml/s，分离时进水流量2ml/s，复苏后纳米氧化锌光催化剂的四次循环催化性能与新鲜催化剂相近。
Claims (2)
1.一种纳米氧化锌光催化剂的复苏方法，包括纳米氧化锌光催化剂的再生和分离过程，其特征在于包括如下步骤：
(1)将体积比为1∶1的阴、阳混合抛光树脂预置于再生室中，使用微孔钛滤芯电极，接通电源；
(2)将含有失效的浓度10wt％纳米氧化锌的悬浮溶液以流量0.2ml/s自再生室底部泵输注入并排出溢液，保持液面稳定，阳极室产生的酸液和阴极室产生的碱液亦由恒流泵及时排出并补充以电导率为200μs/cm的自来水，用来降低极室温度，控制再生室温度不超过60℃；
(3)再生结束后，关闭阳极出水，控制入水流量及电场强度至形成三相流化床状，超微颗粒纳米氧化锌光催化剂复苏后上浮导出。
2.根据权利要求1所述的纳米氧化锌光催化剂的复苏方法，其特征在于试验装置的最佳工艺参数为：复苏电压60V，再生时间4h，再生室进悬浮液浓度10wt％，流量0.2ml/s，分离时进水流量2ml/s，复苏后纳米氧化锌光催化剂的四次循环催化性能与新鲜催化剂相近。
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