CN114573066A - 一种光催化还原法降解废水中六价铬的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光催化还原法降解废水中六价铬的方法，向含有六价铬的废水中加入混合醇促进的光催化剂，避光进行搅拌，空气在催化剂表面达到吸附/脱附平衡，在可见光照射下进行光催化反应，混合醇为甲醇或异丙醇或甲醇与异丙醇的混合液，本发明方法简单，环保，高效；且操作便利无需其他过多的处理，即可高效降解六价铬。这为还原六价铬提供了新思路和方法。
Description
技术领域
本发明涉及环境污染处理技术领域，具体说是一种光催化还原法降解废水中六价铬的方法。
背景技术
工业颜料、鞣革、橡胶、陶瓷、金属镀铬等工业产生的六价铬废水污染，对环境有持久危险性，严重危害人类健康。六价铬为吞入性毒物，皮肤接触可能导致过敏，更可能造成遗传性基因缺陷和致癌，这些毒性是六价铬的特性，铬金属、三价或四价铬并不具有。因此，六价铬还原转化为低毒或无毒低价铬，是一种减少铬污染的有效策略。六价铬的处理方法主要分为生物法，物理吸附法，光催化还原法，其中生物法和物理吸附法都无法从根本上解决六价铬污染问题；中国专利文献CN112079462A公开了利用过筛后的低阶煤，进行废水中六价铬的吸附的方法，但是吸附不能解决根本问题，六价铬的污染依然存在。中国专利文献CN112159025A公开了利用沉淀法将废水中六价铬沉淀下来然后再分离的方法，但是其操作复杂，且六价铬沉淀物污染依然存在。因此，还原六价铬为低价铬，成为避免六价铬污染的根本策略。光催化还原成为解决六价铬废水污染处理的优先选择,然而目前已有的六价铬光还原报道，存在转化效率低、耗时长等不足。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术中的不足，提供一种光催化还原法降解废水中六价铬的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种光催化还原法降解废水中六价铬的方法，具体包括以下步骤：
步骤1、向含有六价铬的废水中加入醇促进的光催化剂，避光搅拌0.5-1小时，使空气在光催化剂表面达到吸附/脱附平衡，所述醇为甲醇、异丙醇或二者的混合液；
步骤2、对经过步骤1避光反应的含有六价铬的废水进行可见光照射，光催化反应还原废水中六价铬，直至六价铬含量低于排放标准。
本发明进一步的设计方案中，上述醇为甲醇，醇促进的光催化剂与甲醇的用量配比为1g光催化剂：150-200mL甲醇。
本发明进一步的设计方案中，上述醇为异丙醇，醇促进的光催化剂与甲醇的用量配比为1g光催化剂：150-200mL异丙醇。
本发明进一步的设计方案中，上述醇为甲醇与异丙醇组成的混合醇，醇促进的光催化剂与甲醇的用量配比为1g光催化剂：200mL混合醇，混合醇中甲醇与异丙醇。
本发明进一步的设计方案中，上述醇促进的光催化剂为Bi4O5Br2，其制备方法包括以下具体步骤：
步骤1、将1.5mmol六水合硝酸铋加入5mL乙二醇中进行充分搅拌；
步骤2、将3mmol溴化钾加入15mL乙二醇中进行充分搅拌；
步骤3、将步骤1和步骤2中溶液混合，搅拌半小时，转移到聚四氟乙烯内衬中，180℃恒温水热反应6小时；洗涤、离心、干燥，产物即为Bi4O5Br2。
本发明相比现有技术具有如下有益效果：
本发明的光催化还原法降解废水中六价铬的方法，具有快速、高效特点，20分钟即可完全还原200mg/L高浓度六价铬废水。
附图说明
图1是实施例一中制备的Bi4O5Br2光催化剂的X射线衍射（XRD）图；
图2是实施例一中制备的Bi4O5Br2光催化剂的扫描电子显微镜（SEM）图；
图3是实施例中制备的Bi4O5Br2光催化剂还原六价铬性能对比图；
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
实施例一：制备光催化剂为Bi4O5Br2。
室温下，将1.5mmol的六水合硝酸铋加入盛有5mL乙二醇的烧杯1中，搅拌均匀；在烧杯2中加入15mL乙二醇，搅拌条件下，加入3mmol的溴化钾，搅拌均匀；将烧杯1和烧杯2的溶液混合，搅拌半小时，转移到聚四氟乙烯内衬中，180℃恒温水热反应6小时；洗涤、离心、干燥，产物即为Bi4O5Br2光催化剂。
对产物进行X射线衍射和扫描电子显微镜检测，产物的X射线衍射图和扫描电子显微镜图如附图1和附图2。
由图1可见，本实施例制备的产品与Bi4O5Br2标准卡（JCPDS:37-0699）一致，本实施例制备产品是纯相的Bi4O5Br2光催化剂。
由图2可见，本实施例所制备的Bi4O5Br2光催化剂形貌为纳米空心球。
实施例二：
本发明光催化还原法降解废水中六价铬的方法，具体包括以下步骤：
步骤1、向含有六价铬的废水中加入醇促进的光催化剂（实施例一制备Bi4O5Br2光催化剂），避光进行搅拌1小时，使空气在光催化剂表面达到吸附/脱附平衡，光催化剂为Bi4O5Br2，所用醇选用甲醇，光催化剂与甲醇的用量配比为1g光催化剂：200mL甲醇。
步骤2、对经过步骤1避光反应的含有六价铬的废水进行可见光照射，进行光催化反应还原废水中六价铬，直至六价铬含量低于排放标准。
实施例三：
本发明光催化还原法降解废水中六价铬的方法，醇促进的光催化剂采用实施例一制备Bi4O5Br2光催化剂，具体包括以下步骤：
步骤1、向含有六价铬的废水中加入醇促进的光催化剂，避光进行搅拌0.5小时，使空气在光催化剂表面达到吸附/脱附平衡，光催化剂为Bi4O5Br2，所用醇为异丙醇时，光催化剂与异丙醇的用量配比为1g光催化剂：150mL异丙醇。
步骤2、对经过步骤1避光反应的含有六价铬的废水进行可见光照射，进行光催化反应还原废水中六价铬，直至六价铬含量低于排放标准。
实施例四：
本发明光催化还原法降解废水中六价铬的方法，醇促进的光催化剂采用实施例一制备Bi4O5Br2光催化剂，具体包括以下步骤：
步骤1、向含有六价铬的废水中加入醇促进的光催化剂，避光进行搅拌1小时，使空气在光催化剂表面达到吸附/脱附平衡，光催化剂为Bi4O5Br2，所用醇为甲醇与异丙醇的混合醇，光催化剂与混合醇的用量配比为1g光催化剂：（100mL甲醇+100mL异丙醇）。
步骤2、对经过步骤1避光反应的含有六价铬的废水进行可见光照射，进行光催化反应还原废水中六价铬，直至六价铬含量低于排放标准。
测试实例：
使用醇促进的光催化剂Bi4O5Br2进行还原六价铬测试。
称取实施例一制备光催化剂Bi4O5Br2样品0.05g，分别加入配制六价铬浓度均为200mg/L的溶液。分为四组：
第一组(H2O)：浓度为200mg/L的六价铬水溶液200mL；
第二组(Methanol)：甲醇-六价铬溶液200mL，六价铬有浓度为200mg/L，甲醇体积浓度为10%；
第三组(Isipropanol)：异丙醇六价铬溶液200mL；六价铬有浓度为200mg/L，异丙醇体积浓度为10%；
第四组(Isipropanol+Methanol)：甲醇-异丙醇-六价铬溶液200mL；六价铬有浓度为200mg/L，甲醇体积浓度为10%，异丙醇体积浓度为10%；
测试过程如下：
1）上述四组溶液分别于盛于装置中，暴露在空气中先避光搅拌30分钟，使空气在催化剂表面达到吸附/脱附平衡。
2）然后在可见光照射下进行光催化反应，上清液用分光光度计检测。
根据Lambert–Beer定律，有机物特征吸收峰强度的变化，可以定量计算其浓度变化。当吸光物质相同、厚度相同时，可以用吸光度的变化直接表示Cr6+的变化。根据二苯碳酰二肼分光光度法，显色之后在540nm处有一个特征吸收峰，所以可以利用吸光度的变化来衡量溶液中Cr6+的浓度变化。参见附图3，其中C为Cr6+的浓度，t为时间。横坐标：可见光光照射时间；纵坐标：经过可见光光照射一段时间后测量的Cr6+浓度值。
由图3可见，加入10ml甲醇和加入10ml异丙醇；两者均性能提高；还原六价铬效果最好最好的是10ml甲醇+10ml异丙醇，而纯的六价铬水溶液则完全还原不动六价铬。
中国专利文献202011447716.8公开了一种可见光催化剂及其合成方法，其中采用CPAN/FeWO4复合物还原50mg/L-Cr6+需要180分钟，而本发明采用10ml甲醇+10ml异丙醇+0.05g光催化剂Bi4O5Br2能够20分钟还原200mg/L Cr6+，具有突出的除铬效果和推广应用价值。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种光催化还原法降解废水中六价铬的方法，具体包括以下步骤：
步骤1、向含有六价铬的废水中加入醇促进的光催化剂，避光搅拌0.5-1小时，使空气在光催化剂表面达到吸附/脱附平衡，所述醇为甲醇、异丙醇或二者的混合醇；
步骤2、对经过步骤1避光反应的含有六价铬的废水进行可见光照射，光催化反应还原废水中六价铬，直至六价铬含量低于排放标准。
2.根据权利要求1所述的光催化还原法降解废水中六价铬的方法，其特征在于，所述醇选用甲醇，醇促进的光催化剂与甲醇的用量配比为1g光催化剂：150-200mL甲醇。
3.根据权利要求1所述的光催化还原法降解废水中六价铬的方法，其特征在于，所述醇为异丙醇，醇促进的光催化剂与甲醇的用量配比为1g光催化剂：150-200mL异丙醇。
4.根据权利要求1所述的光催化还原法降解废水中六价铬的方法，其特征在于，所述醇为甲醇与异丙醇组成的混合醇，醇促进的光催化剂与甲醇的用量配比为1g光催化剂：200mL混合醇，混合醇中甲醇与异丙醇的体积比为1：1。
5.根据权利要求1-4任一所述的光催化还原法降解废水中六价铬的方法，其特征在于，所述醇促进的光催化剂为Bi4O5Br2，其制备方法包括以下具体步骤：
步骤1、将1.5mmol六水合硝酸铋加入5mL乙二醇中进行充分搅拌；
步骤2、将3mmol溴化钾加入15mL乙二醇中进行充分搅拌；
步骤3、将步骤1和步骤2中溶液混合，搅拌半小时，转移到聚四氟乙烯内衬中，180℃恒温水热反应6小时；洗涤、离心、干燥，产物即为Bi4O5Br2。
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| CN110639616A (zh) * | 2019-09-20 | 2020-01-03 | 长安大学 | 氨基修饰的MIL-68(Ga)新型光催化剂的制备及其用于还原Cr(VI)的方法 |
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