CN209306989U - 有机物光解催化器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种有机物光解催化器，包括衬底，该衬底上附着有金属氧化物颗粒；所述衬底的材质为铁酸铋单晶片或铌酸锂单晶片类的铁电材料，所述金属氧化物颗粒为氧化银颗粒。采用本实用新型的有机物光解催化器的显著效果是，能对罗丹明B等有机物起到高效的光降解作用，降解速率更快，降解率更高。

Description

有机物光解催化器

技术领域

本实用新型涉及光催化技术，具体涉及一种有机物光解催化器。

背景技术

在食品加工、造纸、印染等工业废水以及生活污水中，含有碳水化合物、蛋白质、油脂、木质素等有机物质。这些物质以悬浮或溶解状态存在于污水中，可通过微生物的生物化学作用而分解。在其分解过程中需要消耗氧气，因而被称为耗氧污染物。这种污染物可造成水中溶解氧减少，影响鱼类和其他水生生物的生长。水中溶解氧耗尽后，有机物进行厌氧分解，产生硫化氢、氨和硫醇等难闻气味，使水质恶化。

现有技术中，对有机废水的处理方法有萃取、吸附、浓缩等物化方法，现阶段，光催化降解有机物的相关研究较多；传统的，多用Ti、Ag的氧化物做光催化剂，其存在速率慢，降解率低等问题。

实用新型内容

为解决以上技术问题，本实用新型提供一种有机物光解催化器，其具有降解速率快，降解率高的优点。

技术方案如下：

一种有机物光解催化器，包括衬底，该衬底上附着有金属氧化物颗粒；所述衬底的材质为铁电材料，所述金属氧化物颗粒为氧化银颗粒。

所述衬底为铁酸铋单晶片。

所述衬底为铌酸锂单晶片。

所述衬底的厚度为0.3mm。

所述金属氧化物颗粒附着于所述衬底的正向极化面上。

所述金属氧化物颗粒为纳米颗粒

所述金属氧化物颗粒的粒径为10-100nm。

附图说明

图1为金属氧化物颗粒b在衬底a上的附着示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为球形的有机物光解催化器的结构示意图；

图4为方块形的有机物光解催化器的结构示意图；

图5为料串状的有机物光解催化器的结构示意图；

图6为试验组①、②和空白组的C/C₀-t曲线图；

图7为试验组①的吸光度-波长曲线图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本实用新型作进一步说明。

一、如图1、2、3、4和5所示，一种有机物光解催化器，包括衬底a，该衬底a上附着有金属氧化物颗粒b；所述衬底a为铁酸铋单晶片或铌酸锂单晶片，所述衬底a的厚度为0.3mm。

所述金属氧化物颗粒b为纳米氧化银颗粒，其附着于所述衬底a的正向极化面上；所述金属氧化物颗粒b的粒径为10-100nm。

还包括内核c，该内核c呈球状或方块状，该内核c为高分子材料(如PVC、PP)，该内核c的外壁设有所述衬底a，该衬底a的反向极化面与所述内核c的外壁粘贴。

还包括牵引绳d，该牵引绳d上间隔设有多个所述内核c，该牵引绳d的两端自由延伸，所述内核c外分别包覆有所述衬底a。

二、以上有机物光解催化器的制备方法，按以下步骤进行：

步骤一、取铁酸铋单晶片或铌酸锂单晶片作为衬底；将该衬底依次采用丙酮、乙醇和去离子水清洗，再用氮气将其吹干；

步骤二、将所述衬底的正向极化面朝上，并在该正向极化面上滴加浓度为1mM的硝酸银水溶液；

步骤三、采用强度为100mW/cm²、波长为200-400nm的紫外光照射所述硝酸银水溶液15-25min，控制所述紫外光的入射角度为90°，硝酸银在所述衬底上进行光化学沉积反应，从而在所述衬底的正向极化面上制得纳米银颗粒，再将所述纳米银颗粒充分氧化，从而得到所述纳米氧化银颗粒。

在所述紫外光照期间每隔2min向所述衬底的正向极化面上添加10μl的硝酸银溶液。

三、以上有机物光解催化器的光解效果试验

3.1试验样品设置：

取铌酸锂单晶片，依次采用丙酮、乙醇和去离子水对其进行清洗，再将其用氮气吹干，作为衬底①；

将所述衬底①的正向极化面朝上，并在所述正向极化面上滴加浓度为1mM的硝酸银水溶液100μl；并采用强度为100mW/cm²、波长为200-400nm的紫外光连续垂直照射所述衬底①正向极化面20min，期间每隔2min(分别为第2、4、6、8、10、12、14、16、18、20min)向所述衬底的正向极化面上添加10μl的硝酸银水溶液，在所述衬底①的正向极化面上制得纳米银颗粒，将纳米银颗粒充分氧化，得到试验样品①；

选用等量(200μl*1mM)、粒径为10-100nm的纳米氧化银颗粒作为试验样品②。

3.2试验组设置

配制15mg/l的罗丹明B水溶液，溶液均匀后将其等分为三份；

向第一份溶液中放入试验样品①，得到试验组①；

向第二份溶液中放入试验样品②，得到试验组②；

第三份溶液作为空白组。

在室温(23℃)、常压的相同条件，测定各组溶液的初始吸光度I₀，再将以上试验组①、试验组②和空白组同时暴露于可见光中120min；每30min测定一次试验组①、试验组②、空白组的实时吸光度I，期间肉眼观察颜色变化。

3.3试验结果

肉眼观察结果，空白组颜色无变化，120min后，溶液呈红紫色，与初始颜色一致；试验组①、试验组②的颜色均随时间逐渐变淡，120min后，溶液呈淡红紫色，其试验组①的颜色比试验组②更浅。

根据比尔-朗伯定律，吸光度与溶液浓度成正比，即I/I₀＝C/C₀；各组的C/C₀-t曲线如图6所示：

从图6可以看出，随时间的增加，空白组的C/C₀均接近于1，说明溶液浓度无变化，罗丹明B未降解；

试验组①和试验组②的C/C₀随时间增减逐渐降低，在相同时间内，试验组①的降解速率较试验组②更快。

图7为试验组①的吸光度-波长曲线；从图7可以看出，在接近于550nm波长下的可见光照射下，随时间的增加，试验组①溶液的吸光度逐渐减小，说明液浓度变小，罗丹明B被降解。

机理：所述光催化器(光催化剂)受可见光照射，Ag₂O吸收光能后发生电子跃迁，产生电子-空穴对。作为衬底的铁电材料具有本征自发极化而产生内建电场，该电场能够作用于沉积在其表面的Ag₂O，起到促进Ag₂O光生电子-空穴对有效分离的作用。电子与有机废水中O₂结合产生空穴与溶液中的OH^-反应生成OH·。具有超强氧化能力的活性基团和OH·能够将吸附于催化剂表面的有机污染物氧化形成二氧化碳和水。这一机理与传统光催化剂的光催化机理一致，因而可以推断所述光催化器适用于罗丹明B之外的其他有机物的光催化降解。

由以上试验例可以看出，采用本实用新型的有机物光解催化器，能对罗丹明B等有机物起到高效的光降解作用，相较于传统的光解催化器(光解催化剂)，降解速率更快，降解率更高。

最后需要说明的是，上述描述仅仅为本实用新型的优选实施例，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不违背本实用新型宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种有机物光解催化器，其特征在于：包括衬底(a)，该衬底(a)上附着有金属氧化物颗粒(b)；所述衬底(a)的材质为铁电材料，所述金属氧化物颗粒(b)为氧化银颗粒。

2.根据权利要求1所述的有机物光解催化器，其特征在于：所述衬底(a)为铁酸铋单晶片。

3.根据权利要求1所述的有机物光解催化器，其特征在于：所述衬底(a)为铌酸锂单晶片。

4.根据权利要求1、2或3所述的有机物光解催化器，其特征在于：所述衬底(a)的厚度为0.3mm。

5.根据权利要求4所述的有机物光解催化器，其特征在于：所述金属氧化物颗粒(b)附着于所述衬底(a)的正向极化面上。

6.根据权利要求4所述的有机物光解催化器，其特征在于：所述金属氧化物颗粒(b)为纳米颗粒。

7.根据权利要求4所述的有机物光解催化器，其特征在于：所述金属氧化物颗粒(b)的粒径为10-100nm。