CN104069786B - 一种光电催化反应装置及处理有机污染废水的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光电催化反应装置及处理有机污染废水的方法。该装置包括磁力搅拌器，置于磁力搅拌器上的反应器皿，及置于反应器皿内的光电阳极和对电极，所述光电阳极和对电极均为多孔状金属基材料，光电阳极和对电极分别连接稳压直流电源的正、负极，反应器皿内设有光源。处理方法为：将有机污染废水加入上述反应器皿中，调节pH值为1‑5，然后加入质量分数为0.01％‑0.1％的纳米TiO2以及0.5‑1.0g/L的电解质并混合均匀，保持搅拌，吸附10‑30min后，向反应器皿中供氧，并接通电源接入偏电压，用光源照射1‑5h；将处理后的废水离心分离即可。本发明操作简单，处理效果良好，处理效率提高。

Description

一种光电催化反应装置及处理有机污染废水的方法
技术领域
本发明涉及有机污染废水处理技术领域，具体涉及一种光电催化反应装置及处理有机污染废水的方法。
背景技术
光催化氧化处理有机污染废水具有反应条件温和、氧化能力强、无二次污染且适用范围广等特点，是一种非常有发展前景的废水处理技术。但是由于光催化反应时光生电子和空穴极易复合，导致光催化效率低，一直制约着光催化技术实现工业化应用，光电催化技术借助外加电场的作用有效地延缓了光生电子和空穴复合的时间，提高了光催化效率。然而在现有的光电催化研究中，TiO2光电阳极主要是通过TiO2负载焙烧和Ti板原位氧化制备的，这两种方法的实质是将光催化剂固定化，因此光催化剂的比表面积会大大减小，光催化效率降低，同时还存在光催化剂脱落的问题。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺点和不足，本发明提供了一种光电催化反应装置及处理有机污染废水的方法。
本发明的目的通过下述方案来实现：
一种光电催化反应装置，包括磁力搅拌器，置于磁力搅拌器上的反应器皿，及置于反应器皿内的光电阳极和对电极，所述光电阳极和对电极均为多孔状金属基材料，光电阳极和对电极分别连接电源的正、负极，反应器皿内设有光源。
所述多孔状金属基材料为海绵镍网、铝蜂窝网或者不锈钢网。
所述光电阳极是海绵镍网，海绵镍网以曲面形状靠近反应器皿内壁；所述光电阳极是两块铝蜂窝网，两块铝蜂窝网用导电材料固定在光源的两侧。
所述电源为稳压直流电源，所述光源为紫外灯、日光灯或者LED灯。
所述反应器皿内还设有曝气头，该曝气头连接一增氧泵。
一种处理有机污染废水的方法，包括以下步骤：
(1)将有机污染废水加入到上述反应器皿中，调节pH值为1-5，然后加入质量分数为0.01％-0.1％的纳米TiO2以及0.5-1.0g/L的电解质并混合均匀，保持搅拌，吸附10-30min后，接通电源接入偏电压，用光源照射1-5h，光照过程中保持向反应器皿中供氧；
(2)将步骤(1)处理后的废水离心分离即可。
步骤(1)中所述有机污染废水还经如下预处理：将有机污染废水pH值调节至2-5，再将质量分数0.01％-0.05％的纳米TiO2与有机污染废水混合均匀，产生絮凝物，溶液变浑浊，离心分离，取分离后的上清液。
步骤(1)中所述电解质为氯化钠或无水硫酸钠。
步骤(1)中所述供氧是加入1-5mL/LH2O2，只要保证在光照前加入即可；或是在吸附10-30min后，采用曝气头鼓入氧气，此时加入可以避免曝气对纳米TiO2吸附的干扰。
步骤(1)中所述偏电压为0.5-1.5V。
预处理和步骤(2)所述离心分离的转速为4500rpm，离心时间为10min。
预处理和步骤(1)所述pH是采用硫酸、盐酸、硝酸或氢氧化钠调节的。
相对于现有技术，本发明具有如下优点和有益的效果：
(1)本发明通过絮凝、离心对有机污染废水进行预处理，除去废水中的不溶性固体悬浮物，能防止后续光催化剂中毒。
(2)本发明利用多孔状的金属基材料吸附式负载纳米TiO2胶体为光电阳极，与纳米TiO2胶体本身形成的多相光催化体系结合，形成吸附式负载光电-多相光催化复合体系，该体系增大了TiO2光电阳极的比表面积，并与多相光催化结合，提高了反应的效率，而且，由于吸附式负载并不必专门加工，因此省去了前期TiO2光电阳极制备的复杂工序，提高了工作效率。
(3)本发明引入了偏电压的作用，有效地延缓了光生电子和空穴复合的时间，能有效提高反应效率。
(4)本发明处理有机污染废水过程操作简单，各影响因素易于控制，处理效果良好，处理效率提高。
附图说明
图1是光电催化反应装置示意图，其中1为稳压直流电源，2为紫外灯，3为光电阳极，4为对电极，5为反应器皿，6为磁力搅拌器，7为曝气头。
图2是光电催化反应装置示意图。其中1为稳压直流电源，2为紫外灯，3为光电阳极，4为对电极，5为反应器皿，6为磁力搅拌器。
图3是用本方法降解罗丹明B的效果图。
图4是用本方法降解SBR后造纸废水前后实物对比图，(1)为降解前，(2)为降解后。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但发明的实施方式不限于此。
实施例1
一种光电催化反应装置，如图1所示，包括反应器皿5、光电阳极3、对电极4、稳压直流电源1、紫外灯2、曝气头7、增氧泵(图中未示出)和磁力搅拌器6，反应器皿5为1000mL的大烧杯，将一大块海绵镍网弯曲成曲面形状靠近烧杯内壁作为光电阳极3，一小块海绵镍金属网作为对电极4，稳压直流电源1的正、负极分别接到光电阳极3和对电极4，紫外灯2置于烧杯中心，曝气头7捆绑在紫外灯2的灯管上，曝气头连接增氧泵，以曝气的形式供氧，所述烧杯放置于磁力搅拌器6上，保持搅拌。
实施例2
一种光电催化反应装置，如图2所示，包括反应器皿5、光电阳极3、对电极4、稳压直流电源1、紫外灯2和磁力搅拌器6，反应器皿5为1000mL的大烧杯，两大块铝蜂窝网用细铁丝捆绑在紫外灯2的两侧作为光电阳极3，一小块海绵镍金属网作为对电极4，稳压直流电源1的正、负极分别接到光电阳极3和对电极4，紫外灯2置于烧杯中心(以加入1-5mL/LH2O2的方式供氧)，烧杯放置于磁力搅拌器6上，保持搅拌。
实施例3
处理罗丹明B
(1)将浓度为10ppm的罗丹明B水溶液加到如图1所示的光电催化反应装置的反应器皿中，调节pH值为3，然后加入质量分数为0.05％的纳米TiO2为光催化剂以及0.5g/L的无水硫酸钠为电解质并混合均匀，保持搅拌，吸附15min后，鼓入氧气并接入0.8V的偏电压，用15W的紫外灯照射1.5h；
(2)将步骤(1)处理后的废水4500rpm离心分离10min。
图3是运用本方法降解罗丹明B水溶液的降解率变化曲线。图3说明反应30～45min后，有机废水中有机物-罗丹明B已基本降解。
实施例4
处理SBR后造纸废水
(1)将SBR处理后的造纸废水pH值调节至5，再将质量分数0.025％的纳米TiO2与造纸废水混合均匀，产生絮凝物，溶液变浑浊，4500rpm离心分离10min，取分离后的上清液；
(2)将步骤(1)得到的上清液加到如图2所示的光电催化反应装置的反应器皿中，调节pH值为3，然后加入质量分数为0.05％的纳米TiO2为光催化剂及0.5g/L的无水硫酸钠为电解质，加入2mL/LH2O2并混合均匀，保持搅拌，吸附15min后，接入0.8V的偏电压，用15W的紫外灯照射1.5h；
(3)将步骤(2)处理后的废水4500rpm离心分离10min。
图4是运用本方法降解SBR后造纸废水前后实物对比图。降解前的水为橘红色，降解后的水为无色透明，说明此方法对于降解造纸废水也同样有较好的效果。
上述实施例为本发明的优选实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、代替、组合、简化均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种光电催化反应装置，其特征在于，包括磁力搅拌器，置于磁力搅拌器上的反应器皿，及置于反应器皿内的光电阳极和对电极，所述光电阳极和对电极均为多孔状金属基材料，光电阳极和对电极分别连接电源的正、负极，反应器皿内设有光源；所述多孔状金属基材料为海绵镍网、铝蜂窝网或者不锈钢网，所述光电阳极是海绵镍网，海绵镍网以曲面形状靠近反应器皿内壁；或者所述光电阳极是两块铝蜂窝网，两块铝蜂窝网用导电材料固定在光源的两侧；使用时向反应器皿内加入纳米TiO2，多孔状金属基材料吸附式负载纳米TiO2胶体形成光电阳极。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电源为稳压直流电源，所述光源为紫外灯、日光灯或者LED灯。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述反应器皿内还设有曝气头，该曝气头连接一增氧泵。
4.一种处理有机污染废水的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将有机污染废水加入到权利要求1～3任意一项所述反应器皿中，调节pH值为1-5，然后加入质量分数为0.01％-0.1％的纳米TiO2以及0.5-1.0g/L的电解质并混合均匀，保持搅拌，吸附10-30min后，接通电源接入偏电压，用光源照射1-5h，光照过程中保持向反应器皿中供氧；
(2)将步骤(1)处理后的废水离心分离即可。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述有机污染废水还经如下预处理：将有机污染废水pH值调节至2-5，再将质量分数0.01％-0.05％的纳米TiO2与有机污染废水混合均匀，产生絮凝物，溶液变浑浊，离心分离，取分离后的上清液。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述电解质为氯化钠或无水硫酸钠，所述偏电压为0.5-1.5V。
7.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述供氧是向反应器皿中加入1-5mL/LH2O2，或是在吸附10-30min后，采用曝气头鼓入氧气。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，预处理和步骤(2)中所述离心分离的转速为4500rpm，离心时间为10min。
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