CN1962478A - 用氧化铋薄膜光催化降解含罗丹明b污水的方法 - Google Patents

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吴晓宏
秦伟
何伟东
王松
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Abstract

用氧化铋薄膜光催化降解含罗丹明B污水的方法，它涉及一种处理污水的方法。它解决了氧化铋粉末在处理污水中分离缓慢，不易回收以及对光利用率低的问题。它处理污水的方法如下：将含罗丹明B污水加入装有氧化铋薄膜、进气管和搅拌器的圆柱型石英反应器中，接通光源，光源与氧化铋薄膜的距离为20～25mm，光线垂直照射到氧化铋薄膜的表面，并用气泵通过进气管不断向反应器内吹入空气，搅拌处理1～3小时后，罗丹明B降解为小分子物质、CO2和H2O；即完成了对含罗丹明B污水的处理。本发明具有对光的利用率高、催化剂容易分离和回收的优点。

Description

用氧化铋薄膜光催化降解含罗丹明B污水的方法
技术领域
本发明涉及一种处理污水的方法。
背景技术
近年来，随着全球环境污染日益严重，利用半导体材料光催化降解有害污染物已成为比较热门的研究课题之一。由于涉及到材料成本、化学稳定性、抗光腐蚀能力以及光匹配性能等多种因素，真正有实用前景的半导体光催化剂多为金属氧化物。目前使用较多的是光催化活性高、稳定性好的TiO2，但由于其带隙较宽(3.2eV)，只能吸收λ≤387nm的紫外光，对光能的利用率低，因此人们逐渐把目光转移到具有窄禁带宽度的半导体光催化剂。氧化铋就是一种窄禁带宽度的半导体，带隙能仅为2.8eV，可以吸收λ≤442.9nm的太阳光，因此其吸收波长较长，使其具有直接利用太阳光的优势，对光能的利用率较高。目前，氧化铋光催化处理水中有机物主要是以悬浮体系光催化为主，已经广泛地用来进行光催化降解有机氯污染物、含亚硝酸盐废水、甲基橙脱色的研究。但氧化铋微小颗粒易流失，细小颗粒与废水的分离缓慢又昂贵，同时，悬浮粒子对光线的吸收、阻挡，也影响了光的辐射深度。
发明内容
本发明的目的是为了解决氧化铋粉末在处理污水中分离缓慢，不易回收以及对光利用率低的问题，提出了一种用氧化铋薄膜光催化降解含罗丹明B污水的方法。本发明在普通玻璃片上制备一层透明的氧化铋薄膜，并以氧化铋薄膜作为催化剂，在紫外光或可见光的照射下降解染料罗丹明B。本发明处理污水的方法如下：将含罗丹明B污水加入装有氧化铋薄膜、进气管、和搅拌器的圆柱型石英反应器中，接通光源，光源与氧化铋薄膜膜层表面的距离为20～25mm，光线垂直照射到氧化铋薄膜的表面，并用气泵通过进气管不断向反应器内吹入空气，搅拌处理1～3小时后，罗丹明B降解为小分子物质、CO2和H2O；即完成了对含罗丹明B污水的处理。
本发明的原理：光催化降解是指有机污染物在光照下，通过催化剂实现分解。当氧化铋受到大于等于禁带宽度的能量照射时，就会产生导带电子和价带空穴。这些电子和空穴会与附近的H2O，O2等物质反应，生成具有较高氧化活性的自由基。这些自由基将与附近的罗丹明B进行反应，从而降解罗丹明B。反应的表达式如下(1)～(3)所示：当氧化铋受到小于442.9nm的光波辐射后处于价带的电子被激发到导带，导带产生电子。相应的价带产生空穴(h+)，有机物也可直接被h+氧化。但空穴很容易与电子复合，所以不起主要作用；h+将吸附可将氧化铋颗粒表面的OH-氧化成OH·自由基，产生的e-将表面O2还原而且产生O- 2；OH·自由基的氧化能力是水体中存在的氧化剂中最强的，O2也具有较强的氧化能力，在OH·和O2的共同作用下，罗丹明B最终降解为小分子物质、CO2和H2O等无害物质。基本反应表达式如下：
OH-+h+—→·OH    (2)
e-+O2—→O2 -    (3)
本发明具有对光的利用率高、催化剂容易分离和回收的优点。
附图说明
图1是本发明的反应器装置图，图2是本发明具体实施方式十二、十三和十四中罗丹明B去除率曲线图，图3是本发明具体实施方式十五中罗丹明B去除率曲线图。图2中-_-表示本发明具体实施方式十二中罗丹明B去除率曲线图，图2中-■-表示本发明具体实施方式十三中罗丹明B去除率曲线图，图2中-●-表示本发明具体实施方式十四中罗丹明B去除率曲线图。
具体实施方式
具体实施方式一：(参见图1)本实施方式处理含罗丹明B污水方法的步骤如下：将含罗丹明B污水加入装有氧化铋薄膜1、进气管2、和搅拌器4的圆柱型石英反应器5中，接通光源，光源与氧化铋薄膜的距离为20～25mm，光线垂直照射到氧化铋薄膜的表面，并用气泵3通过进气管2不断向反应器内吹入空气，搅拌处理1～3小时后，罗丹明B降解为小分子物质、CO2和H2O；即完成了对含罗丹明B污水的处理。
具体实施方式二：本实施方式的氧化铋薄膜的厚度为120nm。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式的氧化铋薄膜的面积为1～100cm2。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式中光源与氧化铋薄膜的距离为21mm。其它与
具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式中光源与氧化铋薄膜的距离为23mm。其它与
具体实施方式一相同。
具体实施方式六：本实施方式中光源与氧化铋薄膜的距离为24mm。其它与
具体实施方式一相同。
具体实施方式七：本实施方式中光源为20W直管式紫外光灯。其它与具体
实施方式一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一不同的是光源为XQ-500型氙灯。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式九：本实施方式中罗丹明B的浓度为5～25mg/L。其它与具体
实施方式一相同。
具体实施方式十：本实施方式中罗丹明B的体积为0.01～1L。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十一：本实施方式中氧化铋薄膜的制备方法步骤如下：a、将1～10g的Bi(NO3)3·5H2O溶解在HNO3∶H2O体积比为1∶2～1∶20的硝酸溶液10～100ml中，再将1～5g的PEG 200和1～10g柠檬酸加入到上述溶液中，搅拌均匀；b、向经步骤a处理后的溶液中加入0.2～2.0g的OP，搅拌1～10小时，即将上述溶液制成了溶胶；c、将清洗好的普通玻璃片浸入制好的溶胶中，浸泡1～15分钟后，以1～10cm/min的速度提拉玻璃片；d、将经步骤c处理后的玻璃片在50～150℃的烘箱中烘干；e、将烘干后的玻璃片放在马弗炉中进行烧结，将马弗炉以1～10℃/min的速度升温到200～300℃，在200～300℃条件下保温0.5～2h，再加热到320～400℃保温0.5～2h，继续加热到450～600℃保温0.5～3h；将烧结后的玻璃片自然冷却到室温，即在玻璃片上制成了氧化铋薄膜。
具体实施方式十二：本实施方式处理含罗丹明B污水方法的步骤如下：将10ml浓度为10mg/L含罗丹明B污水加入装有表面积为2.25cm2、最终烧结温度为450℃的氧化铋薄膜1、进气管2、和搅拌器4的圆柱型石英反应器5中，接通20W直管式紫外光灯，紫外光灯与氧化铋薄膜的距离为20mm，紫外光光线垂直照射到氧化铋薄膜的表面，并用气泵3通过进气管2不断向反应器内吹入空气，搅拌处理2小时后，罗丹明B降解为小分子物质、CO2和H2O；即完成了对含罗丹明B的污水的处理。
本实施方式处理污水过程中在15、30、45、60、90和120min时取出少许溶液用上海分析仪器总厂生产的722S型紫外-可见分光光度计，在552nm波长下，测罗丹明B的浓度随时间的变化。
具体实施方式十三：本实施方式处理含罗丹明B污水方法的步骤如下：将10ml浓度为10mg/L含罗丹明B污水加入装有表面积为2.25cm2、最终烧结温度为500℃的氧化铋薄膜1、进气管2、和搅拌器4的圆柱型石英反应器5中，接通20W直管式紫外光灯，紫外光灯与氧化铋薄膜的距离为20mm，紫外光光线垂直照射到氧化铋薄膜的表面，并用气泵3通过进气管2不断向反应器内吹入空气，搅拌处理2小时后，罗丹明B降解为小分子物质、CO2和H2O；即完成了对含罗丹明B的污水的处理。
(参见图2)本实施方式处理污水过程中在15、30、45、60、90和120min时取出少许溶液用上海分析仪器总厂生产的722S型紫外-可见分光光度计，在552nm波长下，测罗丹明B的浓度随时间的变化。
具体实施方式十四：本实施方式处理含罗丹明B污水方法的步骤如下：将10ml浓度为10mg/L含罗丹明B污水加入装有表面积为2.25cm2、最终烧结温度为550℃的氧化铋薄膜1、进气管2、和搅拌器4的圆柱型石英反应器5中，接通20W直管式紫外光灯，紫外光灯与氧化铋薄膜的距离为20mm，紫外光光线垂直照射到氧化铋薄膜的表面，并用气泵3通过进气管2不断向反应器内吹入空气，搅拌处理2小时后，罗丹明B降解为小分子物质、CO2和H2O；即完成了对含罗丹明B的污水的处理。
(参见图2)本实施方式处理污水过程中在15、30、45、60、90和120min时取出少许溶液用上海分析仪器总厂生产的722S型紫外-可见分光光度计，在552nm波长下，测罗丹明B的浓度随时间的变化。
具体实施方式十五：本实施方式处理含罗丹明B污水方法的步骤如下：将10ml浓度为10mg/L含罗丹明B污水加入装有表面积为2.25cm2、最终烧结温度为550℃的氧化铋薄膜1、进气管2、和搅拌器4的圆柱型石英反应器5中，接通XQ-500型氙灯，氙灯与氧化铋薄膜的距离为20mm，光线垂直照射到氧化铋薄膜的表面，并用气泵3通过进气管2不断向反应器内吹入空气，搅拌处理2小时后，罗丹明B降解为小分子物质、CO2和H2O；即完成了对含罗丹明B的污水的处理。
本实施方式中氙灯是用来模拟可见光的。
(参见图3)本实施方式处理污水过程中在15、30、45和60min时取出少许溶液用上海分析仪器总厂生产的722S型紫外-可见分光光度计，在552nm波长下，测罗丹明B的浓度随时间的变化。
具体实施方式十二～十五的罗丹明B去除率都在80％以上。
本发明具有对光的利用率高、催化剂容易分离和回收的优点。

Claims (10)

1、一种用氧化铋薄膜光催化降解含罗丹明B污水的方法，其特征在于它处理污水的方法如下：将含罗丹明B污水加入装有氧化铋薄膜、进气管和搅拌器的圆柱型石英反应器中，接通光源，光源与氧化铋薄膜的距离为20～25mm，光线垂直照射到氧化铋薄膜的表面，并用气泵通过进气管不断向反应器内吹入空气，搅拌处理1～3小时后，罗丹明B降解为小分子物质、CO2和H2O；即完成了对含罗丹明B污水的处理。
2、根据权利要求1所述的用氧化铋薄膜光催化降解含罗丹明B污水的方法，其特征在于氧化铋薄膜的厚度为120nm。
3、根据权利要求1所述的用氧化铋薄膜光催化降解含罗丹明B污水的方法，其特征在于氧化铋薄膜的面积为1～100cm2。
4、根据权利要求1所述的用氧化铋薄膜光催化降解含罗丹明B污水的方法，其特征在于光源与氧化铋薄膜的距离为21mm。
5、根据权利要求1所述的用氧化铋薄膜光催化降解含罗丹明B污水的方法，其特征在于光源与氧化铋薄膜的距离为23mm。
6、根据权利要求1所述的用氧化铋薄膜光催化降解含罗丹明B污水的方法，其特征在于光源与氧化铋薄的距离为24mm。
7、根据权利要求1所述的用氧化铋薄膜光催化降解含罗丹明B污水的方法，其特征在于光源为20W直管式紫外光灯。
8、根据权利要求1所述的用氧化铋薄膜光催化降解含罗丹明B污水的方法，其特征在于光源为XQ-500型氙灯。
9、根据权利要求1所述的用氧化铋薄膜光催化降解含罗丹明B污水的方法，其特征在于罗丹明B的浓度为5～25mg/L。
10、根据权利要求1所述的用氧化铋薄膜光催化降解含罗丹明B污水的方法，其特征在于罗丹明B的体积为0.01～1L。
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