CN107651732A - 一种氮化碳膜电极光电催化氧化去除水中氰银络合物同时回收银离子的方法 - Google Patents

一种氮化碳膜电极光电催化氧化去除水中氰银络合物同时回收银离子的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于水处理领域，提供了一种氮化碳膜电极强化去除水中氰银络合物同时回收银离子的光电催化氧化方法。本发明首先通过高温液相生长法在氧化铟锡玻璃上构筑了氮化碳膜电极。以氮化碳膜电极为工作电极，钛片或不锈钢板为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，在一光电催化反应器中，在可见光的照射下，可氧化氰银络合物中的氰离子，并同时在阴极与阳极回收银离子。氮化碳膜电极具有较高的稳定性和光电催化活性，此方法可高效去除水体中的氰银络合物中氰离子并同步回收银离子。

Description

一种氮化碳膜电极光电催化氧化去除水中氰银络合物同时回 收银离子的方法
技术领域
本发明属于水处理领域，具体涉及一种氮化碳膜电极光电催化氧化去除水中氰银络合物同时回收银离子的方法。
背景技术
水体中氰化物主要来自于冶金与电镀行业，严重危害生态环境与人类健康。目前，氰化物的处理方法主要包括活性炭吸附法、碱式氯化法、高铁酸盐氧化法等，这些传统的物理化学方法去除效果较差，且极易产生有毒副产物；而二氧化硫-空气法等生物法虽然处理彻底排水无毒但环境适应能力较差。同时，氰化物通常与重金属离子例如铜和银等结合，形成络合物，进一步增加了处理的难度。
光电催化氧化技术将光催化氧化法与电化学氧化法结合起来，使之产生协同效应，有效氧化降解污染物。它不仅可解决电化学氧化中经常出现的电极钝化现象，也克服了粉体光催化剂需后续分离光催化剂的问题。近年来，采用光电催化氧化技术降解水体中的氰化物越来越受到关注。石墨相氮化碳(g-C3N4)是一种非金属半导体光催化材料，能够在可见光照射下产生光生电子和空穴，具有光催化降解有机污染物的能力。将氮化碳制作光电极，光电催化降解有机污染物有相关的研究报道，但是采用此电极光电催化氧化降解重金属氰化物的研究至今未见报道。而在去除氰化物的同时，将重金属离子有效回收，不仅可降低重金属污染物，同时也得到了资源化处理利用。
发明内容
本发明提供一种氮化碳膜电极光电催化氧化去除水中氰银络合物同时回收银离子的方法。
本发明目的是氮化碳光电催化氧化法去除水中氰银络合物同时回收银离子
本发明中涉及以下术语，含义均做如下解释：
氧化铟锡玻璃：简称ITO玻璃；
石墨相氮化碳：化学式为graphite-C3N4，简写为g-C3N4。
本发明的技术方案如下：
本发明采用三聚氰酸、苯并胍胺为原材料，经高温液相生长法在ITO玻璃上成功构筑了g-C3N4膜电极，并以g-C3N4/ITO为工作电极，钛片或不锈钢板作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极处理水中的氰银络合物。在可见光条件下，g-C3N4电极可以产生光生电子，并最终生成羟基自由基，来氧化降解氰银络合物，同时在氧化降解过程中银离子可以在阴阳极均得到回收。g-C3N4膜电极回收的银又可以进一步促进反应进行，提高氰银络合物的降解效率和银离子的回收效率。因此，将g-C3N4循环使用，进行光电催化氧化可以高效快速去除水体中的氰银络合物并回收银离子。
实现上述反应的方法如下：
1.g-C3N4膜电极的合成：将三聚氰酸与苯并胍胺以摩尔比6:1加乙醇溶解并搅拌20小时，干燥后将所得到的白色粉末均匀覆盖到导电玻璃上，N2氛围煅烧2小时，制备得到g-C3N4膜电极。
2.降解实验在石英玻璃电化学反应器中进行，电解采用三电极体系，钛片或不锈钢板作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，反应装置如附图1所示。其阴阳极板间距在2-4厘米，在电压控制在0.5V-1.5V，电流密度控制在0.5mA·cm-2-50mA·cm-2，pH控制在10-13，在可见光照射下，光电催化处理时间为0.5-2.5小时，光电催化氧化氰银络合物。
3.将回收银离子之后的g-C3N4膜电极在步骤2相同条件下进行循环使用，循环七次后，氰银络合物的降解率可超过40％，银离子回收率可超过90％。
本发明的技术特点如下：
1.本发明所采用的光源为可见光，可有效利用太阳光中的可见光部分；
2.g-C3N4膜电极环境友好，不含金属成份，不存在二次污染问题；
3.本发明不仅可有效去除氰化物，而且可高效回收重金属银离子。
附图说明
1.图1为g-C3N4膜电极光电催化氧化氰银络合物反应装置图：
1-计算机；2-氙灯光源；3-420nm滤光片；4-工作电极(g-C3N4薄膜电极)；5-电化学工作站；6-对电极(钛片)；7-参比电极(饱和甘汞电极)；8-石英电化学反应器；9-磁力搅拌器；10-转子；
2.图2为制备的g-C3N4膜电极扫描电镜图；
3.图3为实施例1中g-C3N4膜电极回收银之后的扫描电镜图；
4.图4为实施例2中g-C3N4膜电极回收银之后的扫描电镜图；
5.图5为实施例3中g-C3N4膜电极回收银之后的扫描电镜图；
具体实施方式
实施例1
本发明提供了一种氮化碳膜电极高效光电催化氧化去除氰银络合物同时回收银离子的方法。
(1)AgNO3、NaCN以摩尔比为1:2比例络合，氰银络合物的体积为120mL，初始浓度为0.9mmol·L-1，添加NaOH，调初始pH＝12。
(2)降解实验采用电化学工作站(CHI660E，上海辰华仪器有限公司)。光源为氙灯(PLS-SXE300，北京泊菲莱科技有限公司，功率为500W，配有420nm滤光片)，可以提供可见光。制备好的g-C3N4/ITO为工作电极，钛片和饱和甘汞电极分别作为对电极和参比电极，电压为1.0V，电解质溶液为0.05mol·L-1Na2SO4，反应时间为150min。反应之后将钛片放入稀硝酸中溶解掉回收的银以便下次使用。
(3)反应中，每隔30min取样，每次取1mL，随后对水样进行预处理，并通过异烟酸-巴比妥酸显色法测定氰银络合物降解效率，检测波长为600nm。氰银络合物降解率为3％
(4)反应中，同样每隔30min取样，每次取2mL，将水样进行过滤，进行ICP测试，测得银离子回收率为16％。
(5)电极的光电性能表征：将回收银之后g-C3N4电极进行扫描电镜测试
实施例2
如实施例1所述，所不同的是：步骤(2)中g-C3N4膜电极为循环回收银2次之后的电极。步骤(1)、(3)、(4)、(5)同实施例1。氰银络合物的降解率和银离子的回收率分别为38％，72％。
实施例3
如实施例1所述，所不同的是：步骤(2)中g-C3N4膜电极为循环回收银6次之后的电极。步骤(1)、(3)、(4)、(5)同实施例1。氰银络合物的降解率和银离子的回收率分别为47％，93％。

Claims (4)

1.一种氮化碳膜电极光电催化氧化去除水中氰银络合物同时回收银离子的方法，其特征在于：
(1)将三聚氰酸与苯并胍胺以摩尔比6:1加乙醇溶解并搅拌20小时，干燥后将所得到的白色粉末均匀覆盖到导电玻璃上，煅烧2小时，制备得到g-C3N4膜电极；
(2)制备好的g-C3N4电极为工作电极，钛片或者不锈钢板作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，在一石英光电催化反应器中，在波长大于420nm的可见光照射到g-C3N4电极，光电催化氧化氰银络合物，在氰根离子得到氧化去除的同时，释放的银离子在阳极与阴极沉积，得到回收利用。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中，制备氮化碳电极煅烧气氛为N2气氛，程序升温条件为5℃/min至500℃，保温2小时。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(2)中，阴阳极板间距为2-4厘米，电压为0.5V-1.5V，选用的电流密度为0.5mA·cm-2-50mA·cm-2，pH为10-13，光电催化处理时间为0.5小时-2.5小时。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(2)中，g-C3N4膜电极可进行多次循环使用来光电催化降解氰银络合物同时回收银离子，经过本方法处理的氰化物去除率可超过40％，银离子的回收率可超过90％。
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