CN110292922B - 一种处理染料废水的光催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种处理染料废水的光催化剂及其制备方法。所述的光催化剂通式为KSbVWO7.5。该方法以酒石酸锑钾、五氧化二钒和钨酸铵为原料，在水中搅拌溶解，加热蒸发至干，冷却，然后研磨成粉末，经煅烧后获得通式为KSbVWO7.5的催化剂粉体。本发明在常温常压下具有催化降解效率高，工艺流程简单，无二次污染产生，并且运行费用低等特点，有很高的实际应用价值；所制得的催化剂在光照射下能有效地降解废水中的亚甲基蓝染料。
Description
技术领域
本发明涉及到无机功能材料制备技术领域，特别涉及一种处理染料废水的光催化剂及其制备方法。
背景技术
目前有机染料废水已经成为主要的水体污染源之一。该废水具有水量大、浓度高、成分复杂、色度深和难降解等特点。大多数染料具有毒性、致癌性、致畸和致突变的作用。亚甲基蓝是一种重要的有机化学合成阳离子染料，工业应用非常广泛。例如，可应用于麻、蚕丝织物、纸张的染色及竹、木的着色，应用于生物、细菌组织的染色以及应用于制造墨水和色淀等。亚甲基蓝在工业上的广泛应用导致含亚甲基蓝染料废水对水体的严重污染。目前有机染料废水的处理方法主要有生物法、混凝法、高级氧化技术、光催化法、吸附法及膜分离法等。生物法受pH值、温度、盐份和染料种类等因素的影响，使得生物法处理的效果不够理想。混凝法的运行费用较高，泥渣量大而且脱水困难，适用的pH值范围窄。高级氧化技术成本高，常用氧化剂也会表现出氧化能力不强、存在选择性氧化等缺点，而且处理过程中容易引入杂质造成二次污染。膜分离法的成本较高，操作压力较大，造成膜法的能耗偏高。
近年来，利用半导体材料光催化降解有毒有害的污染物已成为重要的研究方向。光催化技术不仅能耗低、操作简便、反应条件温和、无二次污染，而且可有效地将有机污染物转化为无机小分子，达到完全无机化的目的。目前使用较多光催化剂是白色的TiO2，其具有光催化活性高、稳定性好的优点。然而TiO2的带隙较宽，只能吸收λ≤387nm的紫外光，太阳能的利用率低。因此，开发一种代替TiO2并且能简单高效处理亚甲基蓝染料废水的光催化剂具有重要的意义。
申请号为CN201210145478.4的专利申请公开的“双层催化剂及其制备以及该催化剂在制备均酐中的应用”，该催化剂组分繁多，制备工艺复杂，且制得的催化剂需在温度为400～430℃条件下使用，能耗高，不利于推广和应用。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明的目的在于解决现有技术中存在的上述技术问题，从而提供一种简单有效降解亚甲基蓝废水的光催化剂及其制备方法和应用。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种处理染料废水的光催化剂，所述的光催化剂通式为KSbVWO7.5。
一种处理染料废水的光催化剂的制备方法，所述方法包括如下步骤：
1、原料的溶解：以酒石酸锑钾、五氧化二钒和钨酸铵为原料，在常温下水中搅拌溶解，制备成光催化剂溶液；
2、制备催化剂粉体：将步骤1所获得的光催化剂溶液，加热蒸发至干，冷却至室温，然后研磨成粉末，经煅烧后获得通式为KSbVWO7.5的催化剂粉体。
所述的钾元素、锑元素、钒元素和钨元素的摩尔比为1：1：1：1。
所述的溶解后的光催化剂溶液在100 −120℃温度下加热蒸发至干。
所述的煅烧是将干燥的光催化剂溶液沉淀放入马弗炉中，在550℃− 900℃温度下煅烧5−15小时。
所述的处理染料废水的光催化剂的应用，将制备所得到的光催化剂粉体悬浮于亚甲基蓝染料废水中，在模拟阳光的氙灯光照射30-60 分钟进行处理。
所述的处理染料废水的光催化剂的应用，按0.5-2.5g/L废水的比例加入所述光催化剂粉体，在搅拌下处理。
将亚甲基蓝染料废水引入圆柱形石英光催化反应器中，根据亚甲基蓝染料废水的浓度加入0.5−2g/L所制备的光催化剂粉体，再开启磁力搅拌器进行搅拌，使催化剂粉体呈悬浮状态，然后接通氙灯光源，照射30-60分钟，利用光催化降解废水中的有机成分。所述氙灯置于石英冷阱内，该冷阱固定在圆柱形石英反应器中央，冷阱内的夹层中通有冷却水，通过调节冷却水的流量来消除氙灯的热效应。所述光源采用模拟太阳光谱的氙灯，也可以用太阳光照射。
基于以上应用效果，本发明还提供了一种利用上述光催化剂粉体处理亚甲基蓝染料废水的方法，其中该方法是将所述光催化剂悬浮于亚甲基蓝染料废水中采用氙灯光照射30−60 分钟进行处理。
如上所述利用所制备的光催化剂粉体处理亚甲基蓝染料废水的方法，其中按0.5−2.5g/L废水的比例加入所述光催化剂，在搅拌下处理。
与现有技术相比，本发明具有如下显著的优点和显著的进步：
1、本发明在常温常压下具有催化降解效率高，工艺流程简单，无二次污染产生，并且运行费用低等特点，有很高的实际应用价值；
2、本发明的光催化剂活性高，去除污染物效果显著，能在较短的时间内快速而且高效降解污染物；
3、本发明的废水处理方法在常温常压下即可进行，工艺流程简单和成本低。
4、本发明的废水处理方法将污染物最终降解成无机小分子物质，从而避免了二次污染的产生。
具体实施方式
以下通过实施例进一步对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。
实施例1
1、制备催化剂粉体：称取2.43g酒石酸锑钾（即3.9×10-3mol），称取0.66g五氧化二钒（即3.6×10-3mol），称取1.85g钨酸铵（即6.1×10-4mol），将它们完全溶解于50mL水后，在100℃温度下加热蒸发至干，冷却至室温，然后研磨成粉末，在马弗炉中在550℃温度下煅烧15小时后，获得通式为KSbVWO7.5的黑色催化剂粉体。
2、催化剂粉体的应用：将40 mL浓度为10.0 mg/L的亚甲基蓝染料废水加入圆柱形石英光催化反应器中，加入按上述方法制备得到的催化剂粉体40 mg，磁力搅拌使光催化剂一直处于悬浮状态，然后用300 W 氙灯照射60 分钟后，亚甲基蓝的降解率为88.10%。
实施例2
1、制备催化剂粉体：称取2.43g酒石酸锑钾（即3.9×10-3mol），称取0.66g五氧化二钒（即3.6×10-3mol），称取1.85g钨酸铵（即6.1×10-4mol），将它们完全溶解于50mL水后，在110℃温度下加热蒸发至干，冷却至室温，然后研磨成粉末，在马弗炉中在700℃温度下煅烧10小时后，获得通式为KSbVWO7.5的黑色催化剂粉体。
2、催化剂粉体的应用：将40 mL浓度为10.0 mg/L的亚甲基蓝染料废水加入圆柱形石英光催化反应器中，加入按上述方法制备得到的催化剂粉体40 mg，磁力搅拌使光催化剂一直处于悬浮状态，然后用300 W 氙灯照射40 分钟后，亚甲基蓝的降解率为89.30%。
实施例3
1、制备催化剂粉体：称取2.43g酒石酸锑钾（即3.9×10-3mol），称取0.66g五氧化二钒（即3.6×10-3mol），称取1.85g钨酸铵（即6.1×10-4mol），将它们完全溶解于50mL水后，在100℃温度下加热蒸发至干，冷却至室温，然后研磨成粉末，在马弗炉中在750℃温度下煅烧10小时后，获得通式为KSbVWO7.5的黑色催化剂粉体。
2、催化剂粉体的应用：将40 mL浓度为10.0 mg/L的亚甲基蓝染料废水加入圆柱形石英光催化反应器中，加入按上述方法制备得到的催化剂粉体40 mg，磁力搅拌使光催化剂一直处于悬浮状态，然后用300 W 氙灯照射30 分钟后，亚甲基蓝的降解率为90.10%。
实施例4
1、制备催化剂粉体：称取2.43g酒石酸锑钾（即3.9×10-3mol），称取0.66g五氧化二钒（即3.6×10-3mol），称取1.85g钨酸铵（即6.1×10-4mol），将它们完全溶解于50mL水后，在120℃温度下加热蒸发至干，冷却至室温，然后研磨成粉末，在马弗炉中在900℃温度下煅烧5小时后，获得通式为KSbVWO7.5的黑色催化剂粉体。
2、催化剂粉体的应用：将40 mL浓度为10.0 mg/L的亚甲基蓝染料废水加入圆柱形石英光催化反应器中，加入按上述方法制备得到的催化剂粉体40 mg，磁力搅拌使光催化剂一直处于悬浮状态，然后用300 W 氙灯照射30 分钟后，亚甲基蓝的降解率为90.50%。
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有制备方法和应用，除了互相排斥的特征和/或步骤、应用以外，均可以以任何方式组合。本说明书（包括权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
以上所述仅是发明的非限定实施方式，还可以衍生出大量的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思和不作出创造性劳动的前提下，还可以做出若干变形和改进的实施例，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种处理染料废水的光催化剂的应用，其特征在于：所述光催化剂的通式为KSbVWO7.5，将所述光催化剂粉体悬浮于亚甲基蓝染料废水中，在模拟阳光的氙灯光照射30-60分钟进行处理。
2.根据权利要求1所述的处理染料废水的光催化剂的应用，其特征在于：按0.5-2.5g/L废水的比例加入所述光催化剂粉体，在搅拌下处理。
3.根据权利要求1所述的处理染料废水的光催化剂的应用，其特征在于；所述催化剂的制备方法包括如下步骤：
（1）、原料的溶解：以酒石酸锑钾、五氧化二钒和钨酸铵为原料，在常温下水中搅拌溶解，制备成光催化剂溶液；
（2）、制备催化剂粉体：将步骤（1）所获得的光催化剂溶液，加热蒸发至干，冷却至室温，然后研磨成粉末，经煅烧后获得通式为KSbVWO7.5的催化剂粉体。
4.根据权利要求3所述的处理染料废水的光催化剂的应用，其特征在于：溶解后的光催化剂溶液在100-120℃温度下加热蒸发至干。
5.根据权利要求3所述的处理染料废水的光催化剂的应用，其特征在于：所述的煅烧是将干燥的光催化剂溶液沉淀放入马弗炉中，在550℃-900℃温度下煅烧5-15小时。
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