CN110092440B - 一种利用压电催化高效降解染料废水的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用压电催化高效降解染料废水的方法，所述方法包括以下步骤，1)、按摩尔比1：1：2：0.05～0.15称量K2CO3、Na2CO3、Nb2O5、Li2CO3用于合成KNLN；2)、将通过步骤1)制得的学药品放入球磨罐中一次球磨，干燥，过筛，压柱，预烧；进行二次球磨，干燥，过筛得到粉体；3)、将粉体极化；4)、将粉体加入AgNO3溶液，通过紫外光照射对其进行银单质负载；5)、超声催化，然后使用紫外分光光度计检测降解后的溶液并计算得到降解率。本发明工艺简便、经济合理，适合规模化工业生产，对于提高铌酸钾钠基压电陶瓷的压电性和染料废水降解方面具有重要的意义。

Description

一种利用压电催化高效降解染料废水的方法
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，具体涉及一种利用压电催化高效降解染料废水的方法。
背景技术
在水中存在着大量的有色有机化合物，例如从纺织品、制革、印刷、食品或其他工业中排出的染料，都可能导致严重的环境污染和健康问题。大多数染料在水中溶解度大，化学性质稳定，导致实际废水处理工艺开发困难。迄今为止，各种物理、化学和生物处理方法已被用于去除工业废水中的有色有机化合物。利用物理技术对染料废水进行处理的方法，如活性炭吸附、超滤、反渗透等，仅仅是指染料从液相转移到固相，容易造成二次污染。生物学方法不能应用于大多数类型的染料废水，因为现代染料的稳定性和大多数工业染料对这些过程中使用的生物体的毒性。化学法的主要缺点是催化材料只能使用一次，不能循环使用。He Lin,etal制备的氧化工艺，如光催化降解和Fenton氧化，为克服这些缺点提供了一种无毒而有效的方法，但仍存在反应速度慢、成本高和有条件使用的问题(Piezoelectrically induced mechano-catalytic effect for degradation of dyewastewater through vibrating Pb(Zr0.52Ti0.48)O3fibers.AppliedPhysics Letters,2014,104(16):162907)。
纳米结构压电材料的研究是一个相对较新的发展。由于能够通过直接从小型环境振动(如水流和声波)中获取机械能来发电，因此压电纳米材料被设想为有希望的催化剂，通过原位压电化学反应过程来降解有害污染物。一些典型的压电材料，如ZnO，BaTiO3，Pb(Zr0.52Ti0.48)O3和MoS2已被证明是在超声振动驱动力下分解H2O或降解有机污染物的有效压电催化剂。需要进一步的努力来提高这些材料在实际应用中的压电催化效率(Enhancementeffect in the piezoelectric degradation of organic pollutants by piezo-Fentonprocess[J].Journal of Chemical Technology&Biotechnology,2017,92(1):152-156)。目前在研究的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷在染料废水降解方面有着光明的前景。
PZT陶瓷的菱形和四方(R-T)相界带来了优异的压电性能，即在R相和T相之间的结构相变线附近压电性能最大(Giant piezoelectricity in potassium–sodium niobatelead-free ceramics.Journal ofthe American chemical society,2014,136(7):2905-2910)。我们称之为准同型相界(MPB)。因此，在KNN中掺杂Li，并诱导其在室温下出现正交和四方(O-T)相界，可达到同等效果。
本发明将KNLN准同型相界和表面沉积银相结合。一方面，通过控制水温在30℃～60℃，使其出现在O-T相界，表现出优异的压电性能。另一方面，通过在其表面沉积银来阻碍正负电荷的复合，增强其压电性能。两者结合，可提高对染料废水的降解率(50％～98％)。
发明内容
本发明所要解决的问题是：提供一种利用压电催化高效降解染料废水的方法，工艺简便、经济合理，适合规模化工业生产，对于提高铌酸钾钠基压电陶瓷的压电性和染料废水降解方面具有重要的意义。
本发明为解决上述问题所提供的技术方案为：一种利用压电催化高效降解染料废水的方法，所述方法包括以下步骤，
1)、按摩尔比1：1：2：0.05～0.15称量K2CO3、Na2CO3、Nb2O5、Li2CO3用于合成KNLN；
2)、将通过步骤1)制得的学药品放入球磨罐中一次球磨，干燥，过筛，压柱，预烧；进行二次球磨，干燥，过筛得到粉体；
3)、将粉体极化；
4)、将粉体加入AgNO3溶液，通过紫外光照射对其进行银单质负载；
5)、超声催化，然后使用紫外分光光度计检测降解后的溶液并计算得到降解率。
优选的，所述步骤1中)称量前将K2CO3、Na2CO3在200℃下干燥2h。
优选的，所述步骤2)中球磨工艺的球磨时间为4h～8h，转速为24r/min～378r/min，球磨珠为ZrO2，球磨介质为无水乙醇
优选的，所述步骤3)中粉体极化时间为10min～60min，极化场强为0.5kv～3kv。
优选的，所述步骤4)中AgNO3溶液的质量分数为0.5wt％～3wt％，紫外光照时长为30min～240min。
优选的，所述步骤5)中超声水温在30℃～60℃。
与现有技术相比，本发明的优点是：
(1)本发明引入准同型相界具有优异的压电性这一观点，并通过控制超声清洗机的水温让压电催化的纳米粉处于相界温度下，表现出优异的压电性。
(2)本发明通过在压电催化的纳米粉表面负载银，来阻碍正负离子复合的速度，增强压电性。
(3)本发明通过将压电催化纳米粉进行极化，让纳米微畴沿一定的方向进行排列，宏观上表现出压电增强。
(4)本发明制备工艺简便、经济合理，适合规模化工业生产，对于提高铌酸钾钠基压电陶瓷的压电性和染料废水降解方面具有重要的意义。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为无负载的KNLN和KNLN@Ag复合型压电催化剂的XRD。
图2为无负载的KNLN和KNLN@Ag复合型压电催化剂的SEM。
图3为实例1～4的紫外数据和催化效果图。
具体实施方式
以下将配合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
实施例1：
1)称量K2CO3、Na2CO3、Nb2O5、Li2CO3比例为1：1：2：0.06用于合成KNLN。将上述化学药品称量放入球磨罐中一次球磨时间：6h，转速：378r/min，球磨珠：ZrO2，球磨介质：无水乙醇，干燥，过筛，压柱，预烧。进行二次球磨，干燥，过筛。
2)粉体不进行极化。
3)将粉体和质量分数0.5wt％的AgNO3溶液混合，紫外光照射30min。
4)在水温为30℃下超声催化，测其降解率为50％。
实施例2：
1)称量K2CO3、Na2CO3、Nb2O5、Li2CO3比例为1：1：2：0.06用于合成KNLN。将上述化学药品称量放入球磨罐中一次球磨时间：6h，转速：378r/min，球磨珠：ZrO2，球磨介质：无水乙醇，干燥，过筛，压柱，预烧。进行二次球磨，干燥，过筛。
2)粉体不进行极化。
3)将粉体和质量分数为1wt％的AgNO3溶液混合，紫外光照射60min。
4)在水温为30℃下超声催化，测其降解率为70％。
实施例3：
1)称量K2CO3、Na2CO3、Nb2O5、Li2CO3比例为1：1：2：0.06用于合成KNLN。将上述化学药品称量放入球磨罐中一次球磨时间：6h，转速：378r/min，球磨珠：ZrO2，球磨介质：无水乙醇，干燥，过筛，压柱，预烧。进行二次球磨，干燥，过筛。
2)将粉体进行极化。极化场强为2kv，极化时间为20min。
3)将粉体和质量分数为1wt％的AgNO3溶液混合，紫外光照射60min。
4)在水温为30℃下超声催化，测其降解率为80％。
实施例4：
1)称量K2CO3、Na2CO3、Nb2O5、Li2CO3比例为1：1：2：0.06用于合成KNLN。将上述化学药品称量放入球磨罐中一次球磨时间：6h，转速：378r/min，球磨珠：ZrO2，球磨介质：无水乙醇，干燥，过筛，压柱，预烧。进行二次球磨，干燥，过筛。
2)将粉体进行极化。极化场强为2kv，极化时间为20min。
3)将粉体和质量分数为1wt％的AgNO3溶液混合，紫外光照射60min。
4)在水温为50℃下超声催化，测其降解率为98％。
以上仅就本发明的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化。凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明保护范围内。

Claims (5)

1.一种利用压电催化高效降解染料废水的方法，其特征在于：所述方法为以下步骤，
1)、按摩尔比1：1：2：0.05～0.15称量K2CO3、Na2CO3、Nb2O5、Li2CO3用于合成KNLN；
2)、将通过步骤1)制得的化学药品放入球磨罐中一次球磨，干燥，过筛，压柱，预烧；进行二次球磨，干燥，过筛得到粉体；
3)、将粉体极化；
4)、将粉体加入AgNO3溶液，通过紫外光照射对其进行银单质负载；
5)、超声催化，然后使用紫外分光光度计检测降解后的溶液并计算得到降解率；
所述步骤5)中超声水温在50℃～60℃。
2.根据权利要求1所述的一种利用压电催化高效降解染料废水的方法，其特征在于：所述步骤1中)称量前将K2CO3、Na2CO3在200℃下干燥2h。
3.根据权利要求1所述的一种利用压电催化高效降解染料废水的方法，其特征在于：所述步骤2)中球磨工艺的球磨时间为4h～8h，转速为24r/min～378r/min，球磨珠为ZrO2，球磨介质为无水乙醇。
4.根据权利要求1所述的一种利用压电催化高效降解染料废水的方法，其特征在于：所述步骤3)中粉体极化时间为10min～60min，极化场强为0.5kv～3kv。
5.根据权利要求1所述的一种利用压电催化高效降解染料废水的方法，其特征在于：所述步骤4)中AgNO3溶液的质量分数为0.5wt％～3wt％，紫外光照时长为30min～240min。
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