CN113617344A - 一种用于污水处理的单原子光催化板及其制备方法 - Google Patents

一种用于污水处理的单原子光催化板及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113617344A
CN113617344A CN202110861397.3A CN202110861397A CN113617344A CN 113617344 A CN113617344 A CN 113617344A CN 202110861397 A CN202110861397 A CN 202110861397A CN 113617344 A CN113617344 A CN 113617344A
Authority
CN
China
Prior art keywords
monatomic
photocatalytic
mixed
photocatalyst
speed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110861397.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113617344B (zh
Inventor
赵超
王晶
黄红锋
吴宇波
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Liankehua Technology Co Ltd
Original Assignee
Liankehua Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Liankehua Technology Co Ltd filed Critical Liankehua Technology Co Ltd
Priority to CN202110861397.3A priority Critical patent/CN113617344B/zh
Publication of CN113617344A publication Critical patent/CN113617344A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113617344B publication Critical patent/CN113617344B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
    • B01J21/06—Silicon, titanium, zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
    • B01J21/063—Titanium; Oxides or hydroxides thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/89—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with noble metals
    • B01J23/8933—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with noble metals also combined with metals, or metal oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
    • B01J23/8986—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with noble metals also combined with metals, or metal oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36 with manganese, technetium or rhenium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
    • B01J27/20—Carbon compounds
    • B01J27/22—Carbides
    • B01J27/224—Silicon carbide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
    • B01J35/39—Photocatalytic properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
    • B01J35/391—Physical properties of the active metal ingredient
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/30—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2305/00—Use of specific compounds during water treatment
    • C02F2305/10—Photocatalysts

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

本发明公开了一种用于污水处理的单原子光催化板，由单原子光催化剂分散于水中，加入助剂制备成混合乳液，再将混合乳液涂覆于多孔碳化硅基板上而得；所述的单原子光催化剂的添加量为混合乳液重量的1～2％。本发明还公开了该单原子光催化板的制备方法。本发明利用金属单原子的激发效应，有效促进TiO2光生电子和空穴的分离，突破TiO2的禁带宽度限制，拓宽了二氧化钛的光响应范围，实现了二氧化钛可见光响应，使其向可见光谱扩展，增强其对光源的利用率以提高其光催化效率；解决现有技术污水处理过程中光催化效率差的问题。

Description

一种用于污水处理的单原子光催化板及其制备方法
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种用于污水处理的单 原子光催化板及其制备方法。
背景技术
随着国民生活质量的提高，国家对于环境治理高度重视，其中对 水体提出了新的挑战，其要求水体洁净包括地表水水质优良(达到或 好于III类)比例、地表水劣Ⅴ类水体比例、地级及以上城市集中式 饮用水水源地水质达标率3个指标，污染性水体治理更显得尤为重要， 污染性水体包括常见的生活污水、城市黑臭水体、水产养殖水等，其 中主要污染的原因为COD含量超标、细菌和藻类泛滥，导致水体恶 化；甚至我们认为很干净的景观水、泳池水等娱乐用水也属于污染性 水体，其主要污染源为细菌、病毒等微生物泛滥，所以降低COD、 灭杀细菌及藻类才是污染性水体治理的根本。
目前光催化技术在水处理方法越来越受到重视，其被认为是迄今 为止耗能少、处理方式简单有效地的绿色有机污染物处理技术。目前 市售的光催化板在紫外照射下，细菌总数的杀菌率只能达到 50％～80％之间，一些微小的细菌及顽固细菌杀不死，经过处理的水 无法达到使用标准；目前市售光催化板所使用的光催化剂大部分都是 TiO2，其光催化效果不佳，见效慢，常规使用是在紫外灯照射24h～48h， 水体的杀菌率才达到使用标准；同时市售的光催化板在长时间水流冲 刷条件下，催化剂易与基板脱落，导致光催化板使用寿命短，杀菌效 率降低，需要不断更换光催化板来保持合格杀菌效率，增加了使用成 本。
单原子技术是由我国提出的一项引领世界前沿发展的顶尖技术， 我国在该技术的研究和应用上也是领跑于世界前列。单原子技术自 2011年提出以来，就迅速发展为科学研究最热门的前沿领域，广泛 地应用在能源、材料、化工、医疗、生物等领域，在科学领域掀起一 股热烈地研究热潮。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种用于污水处理的单原子光催化剂及 单原子光催化板，解决现有技术污水处理过程中光催化效率差的问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种用于污水处理的单原子光催化板，由单原子光催化剂分散于 水中，加入助剂制备成混合乳液，再将混合乳液涂覆于多孔碳化硅基 板上而得；所述的单原子光催化剂的添加量为混合乳液重量的1～2％。
优选地，所述的用于污水处理的单原子光催化剂，由过渡金属以 单原子形式负载于载体上而得；所述的过渡金属为银、铜、铁、锰中 的任意几种；所述的载体为混晶TiO2。
优选地，所述的过渡金属和载体的质量比为1:50～150。
优选地，所述的用于污水处理的单原子光催化剂，制备方法包括 以下步骤：
(1)将载体与过渡金属盐溶液混合，搅拌至载体完全悬浮在溶 液中，超声分散10～50min，然后继续搅拌8～14h，得混合液A；
(2)将碳酸氢钠水溶液加入上述混合液中，调节混合液pH为 8～9，搅拌8～14h，得混合液B；
(3)将除去混合液B中的大部分溶剂，然后干燥，研磨，得固 体物料；
(4)将上述固体物料在氢氩混合气氛围中进行分段煅烧，煅烧 结束后冷却至室温，研磨，即得单原子光催化剂。
优选地，所述的搅拌转速为300～800rpm。
优选地，所述的碳酸氢钠水溶液的浓度为0.1mol/L。
优选地，所述的碳酸氢钠水溶液的加入方式为：使用自动定量注 射器，以10μL/滴速度逐滴滴加到步骤1中混合液中。
优选地，所述的分段煅烧包括以下步骤：先以2℃/min升温至 250℃，保持2h；再以3℃/min升温至400℃，保持3h；最后以5℃/min 降温至30℃。
优选地，所述的混合乳液中，按照质量百分比，包括单原子光催 化剂1-2％，有机硅树脂乳液树脂乳液10％；分散助剂2％，粘结助剂 3％，流平剂2％。
本发明还公开一种用于污水处理的单原子光催化板的制备方法， 包括以下步骤：
S1：将单原子催化剂粉末均匀分散于水中，得分散液；
S2：将有机硅树脂乳液加入步骤S1制得的分散液中，搅拌均匀， 然后加入分散助剂，继续搅拌20min后，加入粘结助剂、流平剂，继 续搅拌20min后，得到混合乳液；
S3：将步骤S2制得的混合乳液，涂覆到多孔碳化硅基板上，得 板坯；
S4：将步骤S3的板坯进行分段煅烧固化，即得单原子光催化板。
优选地，根据权利要求7所述的用于污水处理的单原子光催化板， 所述的分段煅烧包括以下步骤：先以2℃/min升温至100℃，保持2h； 再以3℃/min升温至250℃，保持3h；最后以2℃/min降温至30℃。
优选地，所述的涂覆方法为：将混合乳液喷涂在多孔碳化硅基板 上，形成均匀涂层，涂层厚度为0.8～1.2mm；自然晾干，再重复喷涂 2～3次。
优选地，所述的多孔碳化硅基板为碳化硅蜂窝陶瓷板，大小为 100mm*100mm～250mm*250mm，厚度为10mm～30mm，孔径为 10ppi～20ppi。
本发明的有益效果为：
1、本发明单原子光催化板的核心技术是单原子光催化剂，其载 体为德固赛P25，即以混晶TiO2为载体，具有金红石型和锐钛型结合 的不稳定界面，自身可以有效促进光生电子和空穴分离，其光催化活 性比单一晶型TiO2活性高；在此基础上，使用单原子技术使其负载 金属单原子，利用单原子的独特性质，加大光生电子产生、迁移，促 进电子和空穴分离，进一步扩展TiO2可见光吸收范围，有效的增强 其光利用率，提升其光催化性能。本发明将单原子光催化剂以添加剂 的形式涂覆于多孔碳化硅基板上，基板多孔性增加了催化剂与污染物 的接触面积，提升污水处理效率，碳化硅由于化学性能稳定、热膨胀 系数小、耐磨性能好，不与单原子光催化剂发生反应，为其提供良好 的光催化场所。
2、本发明将单原子技术和光催化技术结合在一起，其光催化性 能比一般光催化剂高，在均匀掺杂的金属单原子的基础上，利用金属 单原子的激发效应，有效促进TiO2光生电子和空穴的分离，突破TiO2的禁带宽度限制，拓宽了二氧化钛的光响应范围，实现了二氧化钛可 见光响应，使其向可见光谱扩展，增强其对光源的利用率以提高其光 催化效率。
3、本发明的单原子光催化板相较于其他光催化板来说，由于光 催化剂效率高，催化剂使用量少，不易脱落，具有成本低、使用寿命 长、所用的单原子催化剂性能优越等优点。
4、本发明的单原子光催化板的原料便宜，合成工艺及制造设备 简单，易操作，成本低，有良好的经济效益。
附图说明
图1为本发明不同光催化板的效果图；
图2为本发明不同光催化板的抗脱落实验结果图；
图3本发明中不同光催化板抗菌实验结果图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
一、制备单原子光催化剂：
(1)将浓度为1g/L的氯化铜、浓度为2g/L的氯化铁、浓度为 1g/L的氯化锰和浓度为0.5g/L的氯化银水溶液混合均匀，在搅拌条 件下，加入TiO2载体，其中过渡金属和载体的质量比为1:150；在 200rpm条件下搅拌7min，直到TiO2完全悬浮在溶液中，超声50min，使其悬浮均匀，在200rpm条件下继续搅拌14h，充分混合，得混合 液A；
(2)配制0.1mol/L的碳酸氢钠水溶液，使用自动定量注射器， 以10μL/滴速度逐滴滴加到混合液A中，间隔1min测试pH值，调 节溶液pH＝8，继续在200rpm条件下搅拌14h，使其负载均匀，得混 合液B；
(3)用旋转蒸发仪旋蒸除去混合液B中的大部分溶剂，所得产 物放入鼓风干燥箱90℃干燥5h，用行星球磨机(氧化锆球磨罐)研 磨至粒径为1μm，得固体物料；
(4)将上述固体物料在5％氢氩混合气氛围中进行分段煅烧，煅 烧程序为：先以2℃/min升温至250℃，保持2h；在以3℃/min升温 至400℃，保持3h；最后以5℃/min降温至30℃；用行星球磨机(氧 化锆球磨罐)研磨，即得单原子光催化剂。
二、制备单原子光催化板：
S1：将单原子催化剂粉末加入水中，在300rpm转速下搅拌12min， 超声10min，得分散液；
S2：将有机硅树脂乳液加入步骤S1制得的分散液中，在300rpm 转速搅拌均匀，然后加入分散助剂聚丙烯酸钠，继续搅拌10min后， 加入粘结助剂水性聚氨酯1624、流平剂聚二甲基硅氧烷，继续搅拌 10min后，得到混合乳液；所述的混合乳液中，单原子光催化剂的含 量为1％，有机硅树脂乳液树脂乳液含量为12％；分散助剂含量为1％， 粘结助剂含量为3％，流平剂含量为3％；
S3：用压力式喷枪将步骤S2制得的混合乳液喷涂在碳化硅蜂窝 陶瓷板上形成均匀涂层，涂层厚度为0.8mm，自然晾干；再重复涂覆 2次，得板坯；
S4：将步骤S3的板坯放入马弗炉进行煅烧固化，煅烧工序为： 先以2℃/min升温至100℃，保持2h；再以3℃/min升温至250℃， 保持3h；最后以2℃/min降温至30℃，即得单原子光催化板。
实施例2
一、制备单原子光催化剂：
(1)将浓度为1g/L的氯化铜、浓度为1g/L的氯化锰和浓度为 0.5g/L的氯化银水溶液混合均匀，在搅拌条件下，加入TiO2载体， 其中过渡金属和载体的质量比为1:100；在800rpm条件下搅拌2min， 直到TiO2完全悬浮在溶液中，超声20min，使其悬浮均匀，在800rpm 条件下继续搅拌10h，充分混合，得混合液A；
(2)配制0.1mol/L的碳酸氢钠水溶液，使用自动定量注射器， 以10μL/滴速度逐滴滴加到混合液A中，间隔1min测试pH值，调 节溶液pH＝9，继续在800rpm条件下搅拌10h，使其负载均匀，得混 合液B；
(3)用旋转蒸发仪旋蒸除去混合液B中的大部分溶剂，所得产 物放入鼓风干燥箱70℃干燥10h，用行星球磨机(氧化锆球磨罐)研 磨至粒径为1μm，得固体物料；
(4)将上述固体物料在5％氢氩混合气氛围中进行分段煅烧，煅 烧程序为：先以2℃/min升温至250℃，保持2h；在以3℃/min升温 至400℃，保持3h；最后以5℃/min降温至30℃；用行星球磨机(氧 化锆球磨罐)研磨，即得单原子光催化剂。
二、制备单原子光催化板：
S1：将单原子催化剂粉末加入水中，在800rpm转速下搅拌8min， 超声50min，得分散液；
S2：将有机硅树脂乳液加入步骤S1制得的分散液中，在800rpm 转速下搅拌均匀，然后加入分散助剂聚丙烯酸钠，继续搅拌30min 后，加入粘结助剂水性聚氨酯1624、流平剂聚二甲基硅氧烷，继续 搅拌30min后，得到混合乳液；所述的混合乳液中单原子光催化剂的含量为1.5％，有机硅树脂乳液树脂乳液含量为8％；分散助剂含量为 3％，粘结助剂含量为1％，流平剂含量为1％；
S3：用压力式喷枪将步骤S2制得的混合乳液喷涂在碳化硅蜂窝 陶瓷板上形成均匀涂层，涂层厚度为1.2mm，自然晾干；再重复涂覆 3次，得板坯；
S4：将步骤S3的板坯放入马弗炉进行煅烧固化，煅烧工序为： 先以2℃/min升温至100℃，保持2h；再以3℃/min升温至250℃， 保持3h；最后以2℃/min降温至30℃，即得单原子光催化板。
实施例3
一、制备单原子光催化剂：
(1)将浓度为1g/L的氯化铜、浓度为2g/L的氯化铁和浓度为 0.5g/L的氯化银水溶液混合均匀，在搅拌条件下，加入TiO2载体， 其中过渡金属和载体的质量比为1:50；在500rpm条件下搅拌5min， 直到TiO2完全悬浮在溶液中，超声30min，使其悬浮均匀，在500rpm 条件下继续搅拌12h，充分混合，得混合液A；
(2)配制0.1mol/L的碳酸氢钠水溶液，使用自动定量注射器， 以10μL/滴速度逐滴滴加到混合液A中，间隔1min测试pH值，调 节溶液pH＝8.5，继续在500rpm条件下搅拌12h，使其负载均匀，得 混合液B；
(3)用旋转蒸发仪旋蒸除去混合液B中的大部分溶剂，所得产 物放入鼓风干燥箱80℃干燥8h，用行星球磨机(氧化锆球磨罐)研 磨至粒径为1μm，得固体物料；
(4)将上述固体物料在5％氢氩混合气氛围中进行分段煅烧，煅 烧程序为：先以2℃/min升温至250℃，保持2h；在以3℃/min升温 至400℃，保持3h；最后以5℃/min降温至30℃；用行星球磨机(氧 化锆球磨罐)研磨，即得单原子光催化剂。
二、制备单原子光催化板：
S1：将单原子催化剂粉末加入水中，500rpm转速下搅拌10min， 超声30min，得分散液；
S2：将有机硅树脂乳液加入步骤S1制得的分散液中，在500rpm 转速下搅拌均匀，然后加入分散助剂聚丙烯酸钠，继续搅拌20min 后，加入粘结助剂水性聚氨酯1624、流平剂聚二甲基硅氧烷，继续 搅拌20min后，得到混合乳液；所述的混合乳液中单原子光催化剂的含量为2％，有机硅树脂乳液树脂乳液含量为10％；分散助剂含量为 2％，粘结助剂含量为5％，流平剂含量为2％；
S3：用压力式喷枪将步骤S2制得的混合乳液喷涂在碳化硅蜂窝 陶瓷板上形成均匀涂层，涂层厚度为0.8mm，自然晾干；再重复涂覆 3次，得板坯；
S4：将步骤S3的板坯放入马弗炉进行煅烧固化，煅烧工序为： 先以2℃/min升温至100℃，保持2h；再以3℃/min升温至250℃， 保持3h；最后以2℃/min降温至30℃，即得单原子光催化板。
对比例1
一、制备光催化剂：
将德固赛P25用行星球磨机(氧化锆球磨罐)研磨至粒径为1μm， 得光催化剂。
二、制备单原子光催化板：
与实施例1基本相同，唯有不同的是，将单原子光催化剂替换为 上述步骤一制得的光催化剂。
对比例2
一、制备光催化剂：
将德固赛P25用行星球磨机(氧化锆球磨罐)研磨至粒径为1μm， 得光催化剂。
二、制备单原子光催化板：
与实施例2基本相同，唯有不同的是，将单原子光催化剂替换为 上述步骤一制得的光催化剂。
对比例3
一、制备光催化剂：
将德固赛P25用行星球磨机(氧化锆球磨罐)研磨至粒径为1μm， 得光催化剂。
二、制备单原子光催化板：
与实施例3基本相同，唯有不同的是，将单原子光催化剂替换为 上述步骤一制得的光催化剂。
对比例4
市售光催化板，所述的市售光催化板为廊坊润和机电设备有限公 司研制的负载二氧化钛光催化剂的碳化硅蜂窝陶瓷板。
性能测试
一、抗菌实验
按照以下方法对实施例1～3的单原子光催化板、对比例1～4的光 催化板进行抗菌实验测试：
1、准备新鲜培养18-24h的细菌(大肠杆菌、产气荚膜梭菌、沙 门氏菌、葡萄球菌)，用10LPBS溶液(0.03mol/L)洗下菌苔配置 成菌悬液，用PBS稀释至所需浓度(用100μL滴于对照样片上，回 收菌数1×104-9×104cfu/片)；
2、分别将各光催化板切割成20㎝*20㎝的方型块，放进一个10L 的锥形瓶中，加入步骤1制得的PBS溶液，使用普通光源照射；
3、将锥形瓶固定于振荡摇床上，以300r/min振摇1h；
4、分别于0时间和振荡1h后，取0.5mL样液，或用PBS做适 当稀释后的样液，以琼脂倾注法接种平皿，在36-37度恒温箱培养 18-24小时后进行菌落计数。
实验重复3次，按公式计算抗菌率：
X＝(A-B)/A×100％
式中：
X——抗菌率，％；
A——被试样品振荡前平均菌落数；
B——被试样品振荡后平均菌落数。
实验结果如3图所示，可见，本发明实施例1～3的单原子光催化 板对大肠杆菌、产气荚膜梭菌、沙门氏菌、葡萄球菌的灭菌率均可达 到99.9％以上；而对比例中，灭菌率最高的对比例3，重复三次实验 结果中，最高仅为43.9％；对比例4的市售光催化板重复三次实验结 果中，最高只有25.6％。表明了本专利制备的单原子光催化板比市售 光催化板更具有高效灭杀细菌功效。
二、抗脱落实验
按照以下方法对实施例3单原子光催化板及对比例3、对比例4 的光催化板进行抗脱落实验测试：
1、将各光催化板切割长度为250mm，宽度250mm，厚度为15mm 形状。
2、将光催化板放入水处理设备，其参数为每小时处理1m3水体。
3、设备运行一周后，将光催化板取出晾干，观察其表面光催化 剂脱落情况。
实验结果如附图2所示，本发明实施例3的单原子光催化板(左 图)没有明显的色差，说明没有脱落部位；而对比例3(中图)、对 比例4(右图)的催化板已经有肉眼可见的色差，说明有脱落部位； 表明了本专利制备的单原子光催化板比德固赛P25负载光催化板、市售光催化板更能抗脱落，使用寿命更长。
三、COD降解实验
以实施例1～3制得的单原子催化板、对比例1～4的光催化板处理 污水，进行臭氧催化性能测试实验，步骤如下：
1、将各光催化板切割成25㎝*25㎝的板，放入1000mL烧杯中， 再加入1000mL生活污水。
2、取10.0mL水样于锥形瓶中，依次加入硫酸汞溶液、重铬酸 钾标准溶液5.00mL和几颗防爆沸玻璃珠，摇匀；
将锥形瓶连接到回流装置冷凝管下端，从冷凝管上端缓慢加入 15mL硫酸银-硫酸溶液，以防止低沸点有机物的逸出，不断旋动锥形 瓶使之混合均匀；自溶液开始沸腾起保持微沸回流2h；若为水冷装 置，应在加入硫酸银-硫酸溶液之前通入冷凝水。
3、回流并冷却后，自冷凝管上端加入45mL水冲洗冷凝管，取 下锥形瓶。
4、溶液冷却至室温后，加入3滴试亚铁灵指示剂溶液，用硫酸 亚铁铵标准溶液滴定，溶液的颜色由黄色经蓝绿色变为红褐色即为终 点；记录硫酸亚铁铵标准溶液的消耗体积V1。
5、空白实验：实验方法与上述步骤1～4相同，用10mL实验用 水代替样品进行空白实验，记录空白滴定时硫酸亚铁铵标准溶液的消 耗体积V0。
6、实验重复3次，按以下公式计算COD浓度：
化学需氧量的质量浓度p(mg/L)：
Figure BDA0003185787690000141
式中：
C——硫酸亚铁铵标准溶液的浓度，mol/L；
V0——空白试验所消耗的硫酸亚铁铵标准溶液的体积，mL；
V1——水样测定所消耗的硫酸亚铁铵标准溶液的体积，mL；
V2——加热回流时所取水样的体积，mL；
f——样品稀释倍数；
8000——四分之一O2的摩尔质量以mg/L为单位的换算值。
7、各催化剂催化或直接臭氧氧化实验结果如表1和图1所示。
表1不同催化剂催化臭氧高级氧化降解COD结果
Figure BDA0003185787690000142
Figure BDA0003185787690000151
由表1可知，采用本发明实施例1～3制备的单原子催化板，降解 COD的效果显著。降解率均高于对比例1～4；其中，实施例3的降解 率最高，达到了87.23％。
四、灭藻类测试实验
分别采用实施例1～3制得的单原子催化板、对比例1～4的光催化 板处理污水，对处理前后的水样进行藻类总数的测定，步骤如下：
1、将各光催化板切割成25㎝*25㎝的板，放入1000mL烧杯中， 再加入1000mL污染性水体(富含藻类)。
2、取500mL水样约29mL，对剩余水样经抽滤装置进行过滤。 将滤水后的滤膜取出，放入盛有29mL水样的烧杯中，将其放入超声 波振荡器振荡15min左右，至滤膜上重现本色无其他杂质为止；
3、将振荡后的滤膜除去，将浓缩后的水样定容至30mL后，加入 2～3滴鲁哥式碘液；
4、将浓缩定容后的样品充分摇匀，立即打开瓶塞用0.1mL吸管 在中央部吸出0.1mL样品，注入计数框内，小心盖好玻片，使样品 均匀分布，且保证计数框内无气泡，然后在10×40倍显微镜下计数， 所计数的视野应在计数框内均匀分布；
按公式计算水中藻类的数目：
Figure BDA0003185787690000161
式中：N——每升水中浮游植物的数量(万个/L)；
Cs——每升水浮游植物的数量(mm2)；
Fs——每个视野计数框的面积(mm2)；
Fn——每片计数过后视野数；
Pn——每片通过计数实际数出的藻类个体数或细胞数； V——1L水浓缩后的体积；
U——计数框的体积。
5、实验结果如表2所示。
表2不同光催化板处理污水藻类去除结果
Figure BDA0003185787690000162
Figure BDA0003185787690000171
由表2可知，使用本发明实施例1～3制备的单原子催化板处理污 水，藻类的去除率最高达到了88.89％；对比例中，藻类去除率最高 的对比例3的三次重复实验中，最高只有50.43％；对比例4采用市 售催化板处理污水，藻类的去除率最高为0.46％。表明了本发明的单 原子催化剂能更高效的处理污水，高效的除去水中藻类。

Claims (10)

1.一种用于污水处理的单原子光催化板，其特征在于：由单原子光催化剂分散于水中，加入助剂制备成混合乳液，再将混合乳液涂覆于多孔碳化硅基板上而得；所述的单原子光催化剂的添加量为混合乳液重量的1～2％。
2.根据权利要求1所述的用于污水处理的单原子光催化板，其特征在于：所述的单原子光催化剂由过渡金属以单原子形式负载于载体上而得；所述的过渡金属为银、铜、铁、锰中的任意几种；所述的载体为混晶TiO2。
3.根据权利2所述的用于污水处理的单原子光催化板，其特征在于：所述的过渡金属和载体的质量比为1:50～150。
4.根据权利2或3所述的用于污水处理的单原子光催化板，其特征在于，制备方法包括以下步骤：
(1)将载体与过渡金属盐溶液混合，搅拌至载体完全悬浮在溶液中，超声分散10～50min，然后继续搅拌8～14h，得混合液A；
(2)将碳酸氢钠水溶液加入上述混合液中，调节混合液pH为8～9，搅拌8～14h，得混合液B；
(3)将除去混合液B中的大部分溶剂，然后干燥，研磨，得固体物料；
(4)将上述固体物料在氢氩混合气氛围中进行分段煅烧，煅烧结束后，研磨，即得单原子光催化剂。
5.根据权利4所述的用于污水处理的单原子光催化板，其特征在于：所述的搅拌转速为300～800rpm。
6.根据权利4所述的用于污水处理的单原子光催化板，其特征在于，所述的分段煅烧包括以下步骤：先以2℃/min升温至250℃，保持2h；再以3℃/min升温至400℃，保持3h；最后以5℃/min降温至30℃。
7.根据权利要求1所述的用于污水处理的单原子光催化板的制备方法，其特征在于：所述的混合乳液中，按照质量百分比计，包括有机硅树脂乳液树脂乳液8～12％，分散助剂1～3％，粘结助剂1～5％，流平剂1～3％。
8.一种根据权利要求1～6所述的用于污水处理的单原子光催化板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将单原子催化剂粉末均匀分散于水中，得分散液；
S2：将有机硅树脂乳液加入步骤S1制得的分散液中，搅拌均匀，然后加入分散助剂，继续搅拌20min后，加入粘结助剂、流平剂，继续搅拌20min后，得到混合乳液；
S3：将步骤S2制得的混合乳液，涂覆到多孔碳化硅基板上，得板坯；
S4：将步骤S3的板坯进行分段煅烧固化，即得单原子光催化板。
9.根据权利要求8所述的用于污水处理的单原子光催化板，其特征在于：所述的分段煅烧包括以下步骤：先以2℃/min升温至100℃，保持2h；再以3℃/min升温至250℃，保持3h；最后以2℃/min降温至30℃。
10.根据权利要求8所述的用于污水处理的单原子光催化板的制备方法，其特征在于，所述的涂覆方法为：将混合乳液喷涂在多孔碳化硅基板上，形成均匀涂层，涂层厚度为0.8～1.2mm；自然晾干，再重复喷涂2～3次。
CN202110861397.3A 2021-07-29 2021-07-29 一种用于污水处理的单原子光催化板及其制备方法 Active CN113617344B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110861397.3A CN113617344B (zh) 2021-07-29 2021-07-29 一种用于污水处理的单原子光催化板及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110861397.3A CN113617344B (zh) 2021-07-29 2021-07-29 一种用于污水处理的单原子光催化板及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113617344A true CN113617344A (zh) 2021-11-09
CN113617344B CN113617344B (zh) 2023-09-26

Family

ID=78381494

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110861397.3A Active CN113617344B (zh) 2021-07-29 2021-07-29 一种用于污水处理的单原子光催化板及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113617344B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117535123A (zh) * 2023-10-31 2024-02-09 浙江中科沃尔德生物科技有限公司 一种高效生物质中高温厌氧发酵制天然气系统及利用其制天然气工艺

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007132832A1 (ja) * 2006-05-15 2007-11-22 Yield Co., Ltd. 水性液中の被処理物質の処理方法並びにその方法に使用する装置及び光触媒材
CN101332423A (zh) * 2008-07-18 2008-12-31 上海师范大学 一种纳米TiO2光催化板的制作方法
CN107185515A (zh) * 2017-06-28 2017-09-22 郑善 一种用于污水处理的光催化剂及其制备方法
CN109908899A (zh) * 2019-03-14 2019-06-21 浙江师范大学 一种TiO2负载单原子Co催化剂的制备方法及其应用
CN110327920A (zh) * 2019-07-05 2019-10-15 华南师范大学 一种单原子催化剂及其制备方法和应用
CN110449176A (zh) * 2019-08-16 2019-11-15 江南大学 一种非贵金属单原子催化剂的制备方法及应用
CN112499741A (zh) * 2020-11-25 2021-03-16 联科华技术有限公司 单原子催化剂作为废水处理絮凝剂的应用
CN112717916A (zh) * 2020-12-30 2021-04-30 江苏安纳泰环保科技有限公司 一种稀土单原子负载二维片状氧化钛复合光催化材料及其制备方法和应用

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007132832A1 (ja) * 2006-05-15 2007-11-22 Yield Co., Ltd. 水性液中の被処理物質の処理方法並びにその方法に使用する装置及び光触媒材
CN101332423A (zh) * 2008-07-18 2008-12-31 上海师范大学 一种纳米TiO2光催化板的制作方法
CN107185515A (zh) * 2017-06-28 2017-09-22 郑善 一种用于污水处理的光催化剂及其制备方法
CN109908899A (zh) * 2019-03-14 2019-06-21 浙江师范大学 一种TiO2负载单原子Co催化剂的制备方法及其应用
CN110327920A (zh) * 2019-07-05 2019-10-15 华南师范大学 一种单原子催化剂及其制备方法和应用
CN110449176A (zh) * 2019-08-16 2019-11-15 江南大学 一种非贵金属单原子催化剂的制备方法及应用
CN112499741A (zh) * 2020-11-25 2021-03-16 联科华技术有限公司 单原子催化剂作为废水处理絮凝剂的应用
CN112717916A (zh) * 2020-12-30 2021-04-30 江苏安纳泰环保科技有限公司 一种稀土单原子负载二维片状氧化钛复合光催化材料及其制备方法和应用

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117535123A (zh) * 2023-10-31 2024-02-09 浙江中科沃尔德生物科技有限公司 一种高效生物质中高温厌氧发酵制天然气系统及利用其制天然气工艺

Also Published As

Publication number Publication date
CN113617344B (zh) 2023-09-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Elleuch et al. A new insight into highly contaminated landfill leachate treatment using Kefir grains pre-treatment combined with Ag-doped TiO2 photocatalytic process
CN101322939B (zh) 功能纳米TiO2/Cu2O异相Fenton薄膜及制备方法和应用
CN108187466B (zh) 一种基于臭氧调控的高级氧化耦合生物净化系统及其应用
CN105428663B (zh) 一种具光催化协同效应微生物燃料电池电极及其制备方法和应用
CN106422699A (zh) 光/热双驱动催化耦合生物净化VOCs的方法及其装置
CN112194236A (zh) 一种利用生物炭-氧化铜复合材料活化过一硫酸盐处理含盐难降解废水的方法
CN106732735A (zh) 一种光催化降解微囊藻毒素的复合材料及其制备方法与应用
Qaseem et al. Electro-catalytic membrane anode for dye removal from wastewater
CN108636395A (zh) 一种弱可见光响应的复合光催化剂及其制备和应用
CN113019417A (zh) 一种B掺杂的g-C3N4/BiVO4光催化剂及其制备与应用
CN106391034A (zh) 一种以陶瓷膜为基体的三氧化二铁‑氧化镍‑二氧化铈臭氧催化剂及制备和应用
CN113617344A (zh) 一种用于污水处理的单原子光催化板及其制备方法
CN102463109A (zh) 一种新型具有纳米级光催化剂的活性碳纤维
CN106145379A (zh) 光催化生物吸附剂及其制备方法和应用
CN206082105U (zh) 一种光/热双驱动催化耦合生物净化VOCs废气的装置
CN105498552B (zh) 一种半导体氧化物改性的导电滤膜及其制备方法和应用
CN104984750A (zh) 制备光催化剂的方法以及光催化剂
CN108417873A (zh) 一种自偏压微生物耦合光电催化燃料电池污染控制系统及电极制备方法
CN110038586B (zh) 一种前驱物阴阳离子优化的锰基催化剂和制备方法及应用
CN1228138C (zh) 一种用于降解水中有机污染物的改性二氧化钛固定化方法
CN111111741A (zh) 一种多孔氮化硼负载铁纳米材料及其制备方法与应用
CN106111105A (zh) 一种用于处理抗生素废水的复合催化剂及其制备方法和应用
CN103551164B (zh) 对含氮硫氧杂环化合物具有高效催化降解功能的电催化剂及制备方法
CN105236510B (zh) 一种光芬顿催化氧化煤化工废水深度处理装置及其使用方法
CN110304734B (zh) 一种利用菌藻-催化电极强化无机氮去除的养殖尾水处理新方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information

Address after: 530201, 10th Floor, Unit 2, Biyuan Building, No. 4 Pange Road, China (Guangxi) Pilot Free Trade Zone (Nanning Area), Nanning City, Guangxi Zhuang Autonomous Region

Applicant after: Liankehua Technology Co.,Ltd.

Address before: 530104 No. B-9, Wuling Yiling industrial concentration zone, Nanning City, Guangxi Zhuang Autonomous Region

Applicant before: Liankehua Technology Co.,Ltd.

CB02 Change of applicant information
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant