DE112020000118T5

DE112020000118T5 - Photokatalysator für ein stickstoffmodifiziertes perowskit-verbundmolekularsieb sowie dessen herstellungsverfahren und anwendungsverfahren

Info

Publication number: DE112020000118T5
Application number: DE112020000118.0T
Authority: DE
Inventors: Min Wu; Ying Liu; Mingsheng Li; Chuanchuan Wang; Zhihao Li; Yingdan Zhao; Zhongkun Zhang
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2019-12-16
Filing date: 2020-04-15
Publication date: 2021-08-12
Also published as: CN111036285A; WO2021120467A1; CN111036285B

Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart einen Photokatalysator für ein stickstoffmodifiziertes Perowskit-Verbundmolekularsieb sowie dessen Herstellungsverfahren und Anwendung. Bei dem Photokatalysator handelt es sich um N-LaFeO3@ MCM-41. Bei dem Herstellungsverfahren des Photokatalysators werden Lanthannitrat, Eisennitrat, Harnstoff und MCM-41 gemäß dem Molverhältnis von 1: 1: 1-3: 3-7 gewogen, mit Wasser gelöst und gerührt, um eine A-Lösung zu erzeugen, und ein Komplexbildner wird mit Wasser gelöst und gerührt, um eine B-Lösung zu erzeugen, wobei das Molverhältnis des Komplexbildners zu Lanthannitrat 1-4: 1 beträgt, wobei die B-Lösung langsam zu der A-Lösung zugegeben wird, um durch Polymerisieren ein Sol zu erzeugen, das getrocknet und kalziniert wird, um einen Photokatalysator zu erhalten. Der Photokatalysator wird bei der Behandlung von organischem Abwasser mit aromatischen Verbindungen verwendet. Der Photokatalysator der Erfindung kann organisches Abwasser mit aromatischen Verbindungen effizient abbauen und das Herstellungsverfahren ist bequem zu bedienen und kostengünstig. Bei der Anwendung auf organisches Abwasser mit aromatischen Verbindungen wird keine sekundäre Verschmutzung erzeugt, was zum Energieersparnis und zur Umweltfreundlichkeit beiträgt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Photokatalysator sowie dessen Herstellungsverfahren und Anwendung, insbesondere einen Photokatalysator für ein stickstoffmodifiziertes Perowskit-Verbundmolekularsieb sowie dessen Herstellungsverfahren und Anwendung.
Stand der Technik
Aromatische Verbindungen sind eine Klasse von Verbindungen mit einer Benzolringstruktur, die strukturell stabil, nicht leicht zu zersetzen und hochgiftig sind. Aromatische Verbindungen stammen zum einen aus Lignin und sekundären Stoffwechselprozessen höherer Pflanzen und zum anderen aus verschiedenen industriell synthetisierten chemischen Produkten wie Pestiziden, Herbiziden, Farbstoffen, Sprengstoffen usw. Aromatische Verbindungen wie Benzol, Benzonitril und Phenole werden in Mengen von Millionen Tonnen pro Jahr hergestellt, die in Kraftstoffen und industriellen Lösungsmitteln weit verbreitet sind, und zusammen mit polyzyklischen aromatischen Verbindungen und chlorierten Biphenylen stellen sie die Ausgangsmaterialien für die Herstellung von Arzneimitteln, Pestiziden, Kunststoffpolymeren, Sprengstoffen und anderen täglichen Notwendigkeiten dar. Sie können auf verschiedenen Wegen in die Umwelt gelangen und synthetische Produkte sind in der Umwelt schwieriger mikrobiell abbaubar und treten bei der Verwendung unvermeidlich in die Umwelt ein, was zu einer schwierigen Verschmutzung von Gewässern, Böden und der Atmosphäre führt, wodurch der menschliche Körper ernsthaft schädigt wird und Krebs-, Mutations- und Verzerrungseffekte verursacht werden können. Es ist ersichtlich, dass die Behandlung von Abwässern aus aromatischen Verbindungen ein sehr wichtiges Thema ist.
Die bestehenden Behandlungsverfahren für Abwässer mit aromatischen Verbindungen umfassen hauptsächlich physikalische Behandlungsverfahren, chemische Behandlungsverfahren, biologische Behandlungsverfahren und andere Verfahren wie Niedertemperatur-Plasmatechnologie und nanophotokatalytische Technologie. Obwohl das biologische Abbauverfahren einen ausgereiften Behandlungsprozess und niedrige Kosten aufweist, ist es nur für die Behandlung von aromatischen Verbindungen mit niedriger Konzentration geeignet. Chemische Oxidation und fortgeschrittene Oxidationstechnologie beziehen sich auf die Zugabe einer bestimmten Menge an Oxidationsmittel (Sauerstoff, Wasserstoffperoxid, Ozon usw.) zu Abwasser, um unter bestimmten Bedingungen starke Oxidationsmittel zu erzeugen, so dass aromatische Verbindungen oxidiert und abgebaut und schließlich vollständig zu Kohlendioxid und Wasser mineralisiert werden. Obwohl das Verfahren einen guten Behandlungseffekt hat, ist die Rückgewinnung des Oxidationsmittels schwierig und die Betriebskosten sind teuer, was seine Verwendung beeinträchtigt. Das Adsorptionsverfahren stellt ein effektiveres Verfahren zur Behandlung von aromatischen Verbindungen dar. Dabei werden hauptsächlich poröse Materialien werden, um Schadstoffe im Abwasser zu adsorbieren. Die Schadstoffe im Abwasser treten durch die Porenstruktur des Adsorptionsmittels in das Innere des Adsorptionsmittels ein und dann kann das Adsorptionsmittel einer bestimmten Behandlung unterzogen werden, so dass das Adsorptionsmittel wiederverwertet werden kann. Die große Menge an Ausrüstungsinvestitionen, die geringe Wiederverwendbarkeit des Adsorptionsmittels und die Probleme der Regeneration müssen jedoch gelöst werden. Die Kaltplasma-Abwasserbehandlungstechnologie ist eine neue Abwasserbehandlungstechnologie, die energiereiche Elektronenstrahlung, Ozonoxidation und ultraviolette Photolyse kombiniert. Dieses Verfahren verbraucht jedoch viel Energie. Die nanophotokatalytische Technologie hat milde Reaktionsbedingungen und kann ultraviolettes Licht und Sonnenlicht verwenden, um Schadstoffe direkt und indirekt in CO₂, Wasser und andere harmlose Substanzen umzuwandeln. Dabei wird wenig Energie verbraucht und keine sekundäre Verschmutzung verursacht. Die üblicherweise verwendeten Photokatalysatoren wie TiO₂ haben die Nachteile einer breiten verbotenen Bandbreite und einer geringen Quanteneffizienz und dabei ist eine völlige Ausnutzung sichtbaren Lichts nicht möglich, während der Perowskitkatalysator eine schmale verbotene Bandbreite und eine kleine Bandlücke aufweist und ein guter Photokatalysator ist. Perowskit hat jedoch das Problem einer hohen Elektronen-Loch-Rekombinationsrate und reagiert nicht gut auf einen großen Bereich von sichtbarem Licht.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung: Die erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Photokatalysator für ein hocheffizientes, bequemes, energiesparendes und umweltfreundliches stickstoffmodifiziertes Perowskit-Verbundmolekularsieb bereitzustellen. Die zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung des Photokatalysators bereitzustellen. Die dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Anwendung des Photokatalysators bereitzustellen.
Technische Lösung: Bei dem erfindungsgemäßen Photokatalysator für ein stickstoffmodifiziertes Perowskit-Verbundmolekularsieb hanelt es sich um N-LaFeO₃ @ MCM-41.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des Photokatalysators umfasst die folgenden Schritte:

(1) Lanthannitrat, Eisennitrat, Harnstoff und MCM-41 werden gemäß dem Molverhältnis von 1: 1: 1-3: 3-7 gewogen, mit Wasser gelöst und gerührt, um eine A-Lösung zu erzeugen;
(2) ein Komplexbildner wird mit Wasser gelöst und gerührt, um eine B-Lösung zu erzeugen, wobei das Molverhältnis des Komplexbildners zu Lanthannitrat 1-4: 1 beträgt;
(3) die B-Lösung wird langsam zu der A-Lösung zugegeben, um durch Polymerisieren ein Sol zu erzeugen, das getrocknet und kalziniert wird, um einen Photokatalysator zu erhalten.

Ferner ist vorgesehen, dass in Schritt (1) ein weiches Templat zu der A-Lösung zugegeben wird.
Vorzugsweise ist das weiche Templat Cetyltrimethylammoniumbromid (CTAB), das die Größe des Materials steuert und die spezifische Oberfläche des Materials erhöht.
Ferner ist vorgesehen, dass in Schritt (2) der Komplexbildner eine der Substanzen Weinsäure, Äpfelsäure, Asparaginsäure oder Milchsäure ist.
Der erfindungsgemäße Photokatalysator für stickstoffmodifiziertes Perowskit-Verbundmolekularsieb wird bei der Behandlung von organischem Abwasser mit aromatischen Verbindungen verwendet.
Ferner ist vorgesehen, dass die aromatische Verbindung eine der Substanzen Benzonitril, 4-Methoxybenzonitril, Terephthalonitril oder Bisphenol A ist.
Ferner ist vorgesehen, dass die erfindungsgemäße Anwendung des Photokatalysator den folgenden Schritt umfasst: Zugabe eines Photokatalysators, eines Lochfängers und eines organischen Abwassers mit aromatischen Verbindungen zu einem photokatalytischen Reaktor für eine photokatalytische Reaktion, wobei das Volumenverhältnis des Lochfängers zu der aromatischen Verbindung 1: 8-16 beträgt und die Dosierung des Photokatalysators 0,2 bis 0,6 g pro Liter Mischung aus Lochfängern und aromatischen Verbindungen beträgt.
Ferner ist vorgesehen, dass eine Dunkeladsorption vor der photokatalytischen Reaktion durchgeführt wird.
Ferner ist vorgesehen, dass der Lochfänger eine der Substanzen Methanol oder Ammoniumoxalat ist.
Ferner ist vorgesehen, dass bei der photokatalytischen Reaktion sichtbares Licht durch eine Xenonlampe bereitgestellt wird.
Vorteilhafte Auswirkungen: Gegenüber dem Stand der Technik zeichnet sich die vorliegende Erfindung durch die folgenden offensichtlichen Vorteile aus:

(1) Der Photokatalysator der vorliegenden Erfindung verwendet stickstoffmodifiziertes Perowskit, um die verbotene Bandbreite des Katalysators zu reduzieren und den absorbierbaren Bereich von sichtbarem Licht zu verbessern, wodurch die Effizienz des Abbaus von organischem Abwasser mit aromatischen Verbindungen verbessert wird. Die Verwendung des Molekularsiebs MCM-41 als Träger verbessert signifikant die Kontaktfläche zwischen dem Katalysator und dem organischen Abwasser und fördert den schnellen katalytischen Abbau;
(2) Das Herstellungsverfahren des Photokatalysators der vorliegenden Erfindung ist bequem zu bedienen und kostengünstig. Das Verfahren benötigt eine einfache Ausrüstung und weist einen flexiblen Prozess, eine hohe Reinheit des Materials und eine einfache Steuerung der Partikelgröße auf. Das Verfahren kann die chemische Reaktion in der Lösung verwenden, um die Rohmaterialien gleichmäßig auf molekularer Ebene zu mischen, wodurch ein Produkt mit hoher Gleichförmigkeit erhalten wird, dessen Gleichförmigkeit die Molekül- oder Atomgröße erreichen kann;
(3) Der Photokatalysator der vorliegenden Erfindung verwendet während des Anwendungsprozesses keine Oxidationsmittel und somit werden Sorgen um das Problem der Oxidationsmittelrückgewinnung vermieden, wodurch Kosten erheblich eingespart werden. Dabei werden kein Schlamm und keine sekundäre Verschmutzung erzeugt. Die Reaktion erfolgt bei niedriger Temperatur und Atmosphärendruck und dabei wird sichtbares Licht voll ausgenutzt, womit Energie gespart wird.

Figurenliste

1 zeigt ein photokatalytischer Abbaumechanismus der vorliegenden Erfindung.

Konkrete Ausführungsformen
Nachfolgend wird die technische Lösung der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben.
Erstes Ausführungsbeispiel
Gemäß einem Molverhältnis von 1: 1: 1: 3 werden 2,646 g Lanthannitrat, 2,02 g Eisennitrat, 0,3 g Harnstoff und 0,9012 g MCM-41 abgewogen und in drei Kolben gegeben und unter Beigabe von 50 mL destilliertem Wasser gleichmäßig gerührt, um eine A-Lösung zu erzeugen. Gemäß einem Molverhältnis der Weinsäure: Lanthannitrat von 1:1 wird 0,7505 g Weinsäure zugegeben und unter Beigabe von 15 mL destilliertem Wasser gelöst und gerührt, um eine B-Lösung zu erzeugen. Die B-Lösung wird langsam unter Rühren zu der A-Lösung gegeben und erzeugt in einem Wasserbad bei 80 °C durch Polymiesieren ein Sol, das über Nacht getrocknet wird, um ein trockenes Gel zu erhalten, das 4 Stunden lang bei 700 °C bei 2 °C/min kalziniert wird, um den Katalysator N-LaFe03 @ MCM-41-1 zu erhalten.
Der Katalysator N-LaFeO₃ @ MCM-41-1 sowie Methanol und Bisphenol A-Abwasser werden für eine photokatalytische Reaktion zu einem photokatalytischen Reaktor gegeben. Das Volumenverhältnis von Methanol zu Bisphenol A-Abwasser beträgt 1: 8 und die Dosierung von Photokatalysator beträgt 0,2 g pro Liter Mischung aus Methanol und Bisphenol A-Abwasser. Zuerst wird eine Dunkeladsorptionsreaktion für 30 Minuten durchgeführt und nach Erreichen eines Adsorptionsgleichgewichts wird dann sichtbares Licht durch die Xenonlampe bereitgestellt. Die katalytische Reaktion wird bei Raumtemperatur durchgeführt. Im gleichen Intervall wird der Überstand entnommen und mit einem 0,45 µm Filtermembran gefiltert, wonach festgestellt wird, dass die Entfernungsrate von Bisphenol A bei mehr als 90% und die CSB-Entfernungsrate im Reaktionssystem bei 90% liegen.
Zweites Ausführungsbeispiel
Gemäß einem Molverhältnis von 1: 1: 3: 7 werden 2,1646 g Lanthannitrat, 2,02 g Eisennitrat, 0,9 g Harnstoff und 2,1028g MCM-41 abgewogen und in drei Kolben gegeben und unter Beigabe von 50 mL destilliertem Wasser gleichmäßig gerührt, um eine A-Lösung zu erzeugen. Gemäß einem Molverhältnis der Äpfelsäure : Lanthannitrat von 2: 1 wird 1,3409 g Äpfelsäure zugegeben und unter Beigabe von 30 mL destilliertem Wasser gelöst und gerührt, um eine B-Lösung zu erzeugen. Die B-Lösung wird langsam unter Rühren zu der A-Lösung gegeben und erzeugt in einem Wasserbad bei 80 °C durch Polymiesieren ein Sol, das über Nacht getrocknet wird, um ein trockenes Gel zu erhalten, das 4 Stunden lang bei 700 °C bei 2 °C/min kalziniert wird, um den Katalysator N-LaFeO₃ @ MCM-41-2 zu erhalten.
Der Katalysator N-LaFeO₃ @ MCM-41-2 sowie Methanol und Benzonitril-Abwasser werden für eine photokatalytische Reaktion zu einem photokatalytischen Reaktor gegeben. Das Volumenverhältnis von Methanol zu Benzonitril-Abwasser beträgt 1:16 und die Dosierung von Photokatalysator beträgt 0,6 g pro Liter Mischung aus Methanol und Benzonitril-Abwasser. Zuerst wird eine Dunkeladsorptionsreaktion für 30 Minuten durchgeführt und nach Erreichen eines Adsorptionsgleichgewichts wird dann sichtbares Licht durch die Xenonlampe bereitgestellt. Die katalytische Reaktion wird bei Raumtemperatur durchgeführt. Im gleichen Intervall wird der Überstand entnommen und mit einem 0,45 µm Filtermembran gefiltert, wonach festgestellt wird, dass die Entfernungsrate von Benzonitril bei mehr als 90% und die CSB-Entfernungsrate im Reaktionssystem bei 92% liegen.
Drittes Ausführungsbeispiel
Gemäß einem Molverhältnis von 1: 1: 2: 5 werden 2,1646 g Lanthannitrat, 2,02 g Eisennitrat, 0,6 g Harnstoff und 1,502g MCM-41 abgewogen und in drei Kolben gegeben und unter Beigabe von 50 mL destilliertem Wasser gleichmäßig gerührt, um eine A-Lösung zu erzeugen. Gemäß einem Molverhältnis der Milchsäure : Lanthannitrat von 3: 1 wird 1,3512 g Milchsäure als Komplexbildner zugegeben und unter Beigabe von 45 mL destilliertem Wasser gelöst und gerührt um eine B-Lösung zu erzeugen. Die B-Lösung wird langsam unter Rühren zu der A-Lösung gegeben und erzeugt in einem Wasserbad bei 80 °C durch Polymiesieren ein Sol, das über Nacht getrocknet wird, um ein trockenes Gel zu erhalten, das 4 Stunden lang bei 700 °C bei 2 °C/min kalziniert wird, um den Katalysator N-LaFe03 @ MCM-41-3 zu erhalten.
Der Katalysator N-LaFeO₃ @ MCM-41-3 sowie Methanol und 4-Methoxybenzonitril-Abwasser werden für eine photokatalytische Reaktion zu einem photokatalytischen Reaktor gegeben. Das Volumenverhältnis von Methanol zu 4-Methoxybenzonitril-Abwasser beträgt 1: 12 und die Dosierung von Photokatalysator beträgt 0,4 g pro Liter Mischung aus Methanol und 4-Methoxybenzonitril-Abwasser. Zuerst wird eine Dunkeladsorptionsreaktion für 30 Minuten durchgeführt und nach Erreichen eines Adsorptionsgleichgewichts wird dann sichtbares Licht durch die Xenonlampe bereitgestellt, um die katalytische Reaktion durchzuführen. Im gleichen Intervall wird der Überstand entnommen und mit einem 0,45 µm Filtermembran gefiltert, wonach festgestellt wird, dass die Entfernungsrate von 4-Methoxybenzonitril bei mehr als 90% und die CSB-Entfernungsrate im Reaktionssystem bei 91% liegen.
Viertes Ausführungsbeispiel
Gemäß einem Molverhältnis von 1: 1: 1: 4 werden 2,1646 g Lanthannitrat, 2,02 g Eisennitrat, 0,3 g Harnstoff und 1,2016 g MCM-41 abgewogen und in drei Kolben gegeben und unter Beigabe von 50 mL destilliertem Wasser gleichmäßig gerührt, um eine A-Lösung zu erzeugen. Gemäß einem Molverhältnis der Asparaginsäure : Lanthannitrat von 4: 1 wird 2,662 g Asparaginsäure als Komplexbildner zugegeben und unter Beigabe von 60 mL destilliertem Wasser gelöst und gerührt um eine B-Lösung zu erzeugen. Die B-Lösung wird langsam unter Rühren zu der A-Lösung gegeben und erzeugt in einem Wasserbad bei 80 °C durch Polymiesieren ein Sol, das über Nacht getrocknet wird, um ein trockenes Gel zu erhalten, das 4 Stunden lang bei 700 °C bei 2 °C/min kalziniert wird, um den Katalysator N-LaFeO₃ @ MCM-41-4 zu erhalten.
Der Katalysator N-LaFeO₃ @ MCM-41-4 sowie Methanol und Bisphenol A-Abwasser werden für eine photokatalytische Reaktion zu einem photokatalytischen Reaktor gegeben. Das Volumenverhältnis von Methanol zu Bisphenol A-Abwasser beträgt 1: 8 und die Dosierung von Photokatalysator beträgt 0,2 g pro Liter Mischung aus Methanol und Bisphenol A-Abwasser. Zuerst wird eine Dunkeladsorptionsreaktion für 30 Minuten durchgeführt und nach Erreichen eines Adsorptionsgleichgewichts wird dann sichtbares Licht durch die Xenonlampe bereitgestellt. Die katalytische Reaktion wird bei Raumtemperatur durchgeführt. Im gleichen Intervall wird der Überstand entnommen und mit einem 0,45 µm Filtermembran gefiltert, wonach festgestellt wird, dass die Entfernungsrate von Bisphenol A bei mehr als 90% und die CSB-Entfernungsrate im Reaktionssystem bei 91% liegen.
Fünftes Ausführungsbeispiel
Gemäß einem Molverhältnis von 1: 1: 2: 5 werden 2,1646 g Lanthannitrat, 2,02 g Eisennitrat, 0,6 g Harnstoff und 1,502 g MCM-41 abgewogen und in drei Kolben gegeben und unter Beigabe von 50 mL destilliertem Wasser gleichmäßig gerührt, um eine A-Lösung zu erzeugen. Gemäß einem Molverhältnis der Weinsäure : Lanthannitrat von 2: 1 wird 1,5009 g Weinsäure als Komplexbildner zugegeben und unter Beigabe von 30 mL destilliertem Wasser gelöst und gerührt um eine B-Lösung zu erzeugen. Die B-Lösung wird langsam unter Rühren zu der A-Lösung gegeben und erzeugt in einem Wasserbad bei 80 °C durch Polymiesieren ein Sol, das über Nacht getrocknet wird, um ein trockenes Gel zu erhalten, das 4 Stunden lang bei 700 °C bei 2 °C/min kalziniert wird, um den Katalysator N-LaFeO₃ @ MCM-41-5 zu erhalten.
Der Katalysator N-LaFeO₃ @ MCM-41-5 sowie Methanol und Bisphenol A-Abwasser werden für eine photokatalytische Reaktion zu einem photokatalytischen Reaktor gegeben. Das Volumenverhältnis von Methanol zu Bisphenol A-Abwasser beträgt 1: 8 und die Dosierung von Photokatalysator beträgt 0,2 g pro Liter Mischung aus Methanol und Bisphenol A-Abwasser. Zuerst wird eine Dunkeladsorptionsreaktion für 30 Minuten durchgeführt und nach Erreichen eines Adsorptionsgleichgewichts wird dann sichtbares Licht durch die Xenonlampe bereitgestellt. Die katalytische Reaktion wird bei Raumtemperatur durchgeführt. Im gleichen Intervall wird der Überstand entnommen und mit einem 0,45 µm Filtermembran gefiltert, wonach festgestellt wird, dass die Entfernungsrate von Bisphenol A bei mehr als 90% und die CSB-Entfernungsrate im Reaktionssystem bei 94% liegen.
Sechstes Ausführungsbeispiel
Gemäß einem Molverhältnis von 1: 1: 3: 6 werden 2,1646 g Lanthannitrat, 2,02 g Eisennitrat, 0,9 g Harnstoff und 1,8024 g MCM-41 abgewogen und in drei Kolben gegeben und unter Beigabe von 50 mL destilliertem Wasser und von 1,8223 g CTAB als Templat gemäß dem Molverhältnis Nitrat: CTAB von 1: 1 zum Erhöhen der spezifischen Oberfläche des Katalysators gleichmäßig gerührt, um eine A-Lösung zu erzeugen. Gemäß einem Molverhältnis der Milchsäure : Lanthannitrat von 3: 1 wird 1,3512 g Milchsäure als Komplexbildner zugegeben und unter Beigabe von 45 mL destilliertem Wasser gelöst und gerührt um eine B-Lösung zu erzeugen. Die B-Lösung wird langsam unter Rühren zu der A-Lösung gegeben und erzeugt in einem Wasserbad bei 80 °C durch Polymiesieren ein Sol, das über Nacht getrocknet wird, um ein trockenes Gel zu erhalten, das 4 Stunden lang bei 700 °C bei 2 °C/min kalziniert wird, um den Katalysator N-LaFeO₃ @ MCM-41-6 zu erhalten.
Der Katalysator N-LaFeO₃ @ MCM-41-6 sowie Oxalsäure und Terephthalonitril-Abwasser werden für eine photokatalytische Reaktion zu einem photokatalytischen Reaktor gegeben. Das Volumenverhältnis von Oxalsäure zu Terephthalonitril-Abwasser beträgt 1: 8 und die Dosierung von Photokatalysator beträgt 0,2 g pro Liter Mischung aus Oxalsäure und Terephthalonitril-Abwasser. Zuerst wird eine Dunkeladsorptionsreaktion für 30 Minuten durchgeführt und nach Erreichen eines Adsorptionsgleichgewichts wird dann sichtbares Licht durch die Xenonlampe bereitgestellt, um die katalytische Reaktion durchzuführen. Im gleichen Intervall wird der Überstand entnommen und mit einem 0,45 µm Filtermembran gefiltert, wonach festgestellt wird, dass die Entfernungsrate von Terephthalonitril bei mehr als 90% und die CSB-Entfernungsrate im Reaktionssystem bei 93% liegen.
Erstes Vergleichsbeispiel
Gemäß einem Molverhältnis von 1: 1: 3 werden 2,1646 g Lanthannitrat, 2,02 g Eisennitrat und 0,9012 g MCM-41 abgewogen und in drei Kolben gegeben und unter Beigabe von 50 mL destilliertem Wasser gleichmäßig gerührt, um eine A-Lösung zu erzeugen. Gemäß einem Molverhältnis der Weinsäure: Lanthannitrat von 1: 1 wird 0,7505 g Weinsäure zugegeben und unter Beigabe von 15 mL destilliertem Wasser gelöst und gerührt, um eine B-Lösung zu erzeugen. Die B-Lösung wird langsam unter Rühren zu der A-Lösung gegeben und erzeugt in einem Wasserbad bei 80 °C durch Polymiesieren ein Sol, das über Nacht getrocknet wird, um ein trockenes Gel zu erhalten, das 4 Stunden lang bei 700 °C bei 2 °C/min kalziniert wird, um den Katalysator N-LaFe03 @ MCM-41-7 zu erhalten.
Der Katalysator N-LaFeO₃ @ MCM-41-7 sowie Methanol und Bisphenol A-Abwasser werden für eine photokatalytische Reaktion zu einem photokatalytischen Reaktor gegeben. Das Volumenverhältnis von Methanol zu Bisphenol A-Abwasser beträgt 1: 8 und die Dosierung von Photokatalysator beträgt 0,2 g pro Liter Mischung aus Methanol und Bisphenol A-Abwasser. Zuerst wird eine Dunkeladsorptionsreaktion für 30 Minuten durchgeführt und nach Erreichen eines Adsorptionsgleichgewichts wird dann sichtbares Licht durch die Xenonlampe bereitgestellt. Die katalytische Reaktion wird bei Raumtemperatur durchgeführt. Im gleichen Intervall wird der Überstand entnommen und mit einem 0,45 µm Filtermembran gefiltert, wonach festgestellt wird, dass die Entfernungsrate von Bisphenol A 80% nicht erreicht und die CSB-Entfernungsrate im Reaktionssystem bei 70% liegt.
Dabei wird der LaFeO₃ @ MCM-41-Katalysator nicht mit Stickstoff modifiziert. Die Wirkung des Katalysators auf den Abbau von Abwasser mit aromatischen Verbindungen ist nicht ideal. Im Vergleich zu dem stickstoffmodifizierten Katalysator wird keine ideale Wirkung hinsichtlich der Konzentration von organischem Stoff im Abwasser und der CSB-Entfernungsrate erreicht.
Zweites Vergleichsbeispiel
Gemäß einem Molverhältnis von 1: 1: 1: 3 werden 2,1646 g Lanthannitrat, 2,02 g Eisennitrat, 0,3 g Harnstoff und 1,5294 g γ-Al₂O₃ abgewogen und in drei Kolben gegeben und unter Beigabe von 50 mL destilliertem Wasser gleichmäßig gerührt, um eine A-Lösung zu erzeugen. Gemäß einem Molverhältnis der Weinsäure: Lanthannitrat von 1: 1 wird 0,7505 g Weinsäure zugegeben und unter Beigabe von 15 mL destilliertem Wasser gelöst und gerührt, um eine B-Lösung zu erzeugen. Die B-Lösung wird langsam unter Rühren zu der A-Lösung gegeben und erzeugt in einem Wasserbad bei 80 °C durch Polymiesieren ein Sol, das über Nacht getrocknet wird, um ein trockenes Gel zu erhalten, das 4 Stunden lang bei 700 °C bei 2 °C/min kalziniert wird, um den Katalysator N-LaFe03 @ γ-Al₂O₃ zu erhalten.
Der Katalysator N-LaFeO₃ @ MCM-41-8 sowie Methanol und Bisphenol A-Abwasser werden für eine photokatalytische Reaktion zu einem photokatalytischen Reaktor gegeben. Das Volumenverhältnis von Methanol zu Bisphenol A-Abwasser beträgt 1: 8 und die Dosierung von Photokatalysator beträgt 0,2 g pro Liter Mischung aus Methanol und Bisphenol A-Abwasser. Zuerst wird eine Dunkeladsorptionsreaktion für 30 Minuten durchgeführt und nach Erreichen eines Adsorptionsgleichgewichts wird dann sichtbares Licht durch die Xenonlampe bereitgestellt. Die katalytische Reaktion wird bei Raumtemperatur durchgeführt. Im gleichen Intervall wird der Überstand entnommen und mit einem 0,45 µm Filtermembran gefiltert, wonach festgestellt wird, dass die Entfernungsrate von Bisphenol A 80% nicht erreicht und die CSB-Entfernungsrate im Reaktionssystem bei 78% liegt.
Der Träger in diesem Vorgang ist γ-Al₂O₃ und der hergestellte Katalysator N-LaFeO₃ @ γ-Al₂O₃ hat keine hohe Effizienz beim Abbau aromatischer Verbindungen, da die spezifische Oberfläche von γ-Al₂O₃ nicht so groß ist wie die von MCM-41 und die Kontaktfläche während des Abbaus nicht ausreichend ist, so dass die Entfernungsrate nicht ideal ist.
Drittes Vergleichsbeispiel
Gemäß einem Molverhältnis von 1: 1: 1: 3 werden 2,1646 g Lanthannitrat, 2,02 g Eisennitrat, 0,3 g Harnstoff und 0,9012 g MCM-41 abgewogen und in drei Kolben gegeben und unter Beigabe von 50 mL destilliertem Wasser gleichmäßig gerührt, um eine A-Lösung zu erzeugen. Gemäß einem Molverhältnis der Zitronensäure: Lanthannitrat von 1: 1 wird 0,9607 g Zitronensäure zugegeben und unter Beigabe von 15 mL destilliertem Wasser gelöst und gerührt, um eine B-Lösung zu erzeugen. Die B-Lösung wird langsam unter Rühren zu der A-Lösung gegeben und erzeugt in einem Wasserbad bei 80 °C durch Polymiesieren ein Sol, das über Nacht getrocknet wird, um ein trockenes Gel zu erhalten, das 4 Stunden lang bei 700 °C bei 2 °C/min kalziniert wird, um den Katalysator N-LaFeO₃ @ MCM-41-9 zu erhalten.
Der Katalysator N-LaFeO₃ @ MCM-41-9 sowie Methanol und Bisphenol A-Abwasser werden für eine photokatalytische Reaktion zu einem photokatalytischen Reaktor gegeben. Das Volumenverhältnis von Methanol zu Bisphenol A-Abwasser beträgt 1: 8 und die Dosierung von Photokatalysator beträgt 0,2 g pro Liter Mischung aus Methanol und Bisphenol A-Abwasser. Eine Dunkeladsorptionsreaktion wird für 30 Minuten durchgeführt und nach Erreichen eines Adsorptionsgleichgewichts wird dann sichtbares Licht durch die Xenonlampe bereitgestellt. Die katalytische Reaktion wird bei Raumtemperatur durchgeführt. Im gleichen Intervall wird der Überstand entnommen und mit einem 0,45 µm Filtermembran gefiltert, wonach Bisphenol A ermittelt wird, wobei das Ergebnis zeigt, dass die Entfernungsrate von Bisphenol A nur 80% erreicht und die CSB-Entfernungsrate im Reaktionssystem bei 72% liegt.
Die Reaktionszeit der Herstellung des Katalysators unter Verwendung von Zitronensäure als Komplexbildner ist lang und der gesamte experimentelle Zyklus ist signifikant länger als bei der Verwendung des in diesem Patent verwendeten Komplexbildners. Der durch dieses Verfahren erhaltene Katalysator hat eine unbefriedigende Wirkung auf den Abbau aromatischer Verbindungen und weder die Abwasserkonzentration noch die CSB-Entfernungsrate erreicht 90%.
Die Ausführungsbeispiele 1-6 verwenden eine der Substanzen Weinsäure, Äpfelsäure, Asparaginsäure und Milchsäure als Komplexbildner, Harnstoff als Mineralisator und MCM-41 als Träger und mittels des Sol-Gel-Verfahrens wird der stickstoffdotierte modifizierte Verbundkatalysator N-LaFeO₃ @ MCM-41 erfolgreich hergestellt. Unter sichtbarem Licht wird eine bestimmte Menge Lochfänger zugegeben, um den Abbau von organischem Wasser mit einer der organischen aromatischen Verbindungen Benzonitril, 4-Methoxybenzonitril, Terephthalonitril und Bisphenol A zu katalysieren. Die Abbaueffizienz von sowohl der Verbindung als auch CSB erreicht mehr als 90%.
Bei dem ersten Vergleichsbeispiel wird der LaFe03 @ MCM-41-Katalysator nicht mit Stickstoff modifiziert. Die Wirkung des Katalysators auf den Abbau von Abwasser mit aromatischen Verbindungen ist nicht ideal. Im Vergleich zu dem stickstoffmodifizierten Katalysator wird keine ideale Wirkung hinsichtlich der Konzentration von organischem Stoff im Abwasser und der CSB-Entfernungsrate erreicht.
Der Träger bei dem zweiten Vergleichsbeispiel ist γ-Al₂O₃ und der hergestellte Katalysator N-LaFeO₃ @ γ-Al₂O₃ hat keine hohe Effizienz beim Abbau aromatischer Verbindungen, da die spezifische Oberfläche von γ-Al₂O₃ nicht so groß ist wie die von MCM-41 und die Kontaktfläche während des Abbaus nicht ausreichend ist, so dass die Entfernungsrate nicht ideal ist.
Bei dem dritten Vergleichsbeispiel ist die Reaktionszeit der Herstellung des Katalysators unter Verwendung von Zitronensäure als Komplexbildner lang und der gesamte experimentelle Zyklus ist signifikant länger als bei der Verwendung des in diesem Patent verwendeten Komplexbildners. Der durch dieses Verfahren erhaltene Katalysator hat eine unbefriedigende Wirkung auf den Abbau aromatischer Verbindungen und weder die Abwasserkonzentration noch die CSB-Entfernungsrate erreicht 90%.

Claims

Photokatalysator für ein stickstoffmodifiziertes Perowskit-Verbundmolekularsieb, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Photokatalysator um N-LaFeO₃ @ MCM-41 handelt.
Verfahren zur Herstellung eines Photokatalysators für ein stickstoffmodifiziertes Perowskit-Verbundmolekularsieb gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst: (1) Lanthannitrat, Eisennitrat, Harnstoff und MCM-41 werden gemäß dem Molverhältnis von 1: 1: 1-3: 3-7 gewogen, mit Wasser gelöst und gerührt, um eine A-Lösung zu erzeugen; (2) ein Komplexbildner wird mit Wasser gelöst und gerührt, um eine B-Lösung zu erzeugen, wobei das Molverhältnis des Komplexbildners zu Lanthannitrat 1-4: 1 beträgt; (3) die B-Lösung wird langsam zu der A-Lösung zugegeben, um durch Polymerisieren ein Sol zu erzeugen, das getrocknet und kalziniert wird, um einen Photokatalysator zu erhalten.
Verfahren zur Herstellung eines Photokatalysators für ein stickstoffmodifiziertes Perowskit-Verbundmolekularsieb gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (1) ein weiches Templat zu der A-Lösung zugegeben wird.
Verfahren zur Herstellung eines Photokatalysators für ein stickstoffmodifiziertes Perowskit-Verbundmolekularsieb gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (2) der Komplexbildner eine der Substanzen Weinsäure, Äpfelsäure, Asparaginsäure oder Milchsäure ist.
Anwendung eines Photokatalysators für stickstoffmodifiziertes Perowskit-Verbundmolekularsieb gemäß Anspruch 1 bei der Behandlung von organischem Abwasser mit aromatischen Verbindungen.
Anwendung eines Photokatalysators für ein stickstoffmodifiziertes Perowskit-Verbundmolekularsieb gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die aromatische Verbindung eine der Substanzen Benzonitril, 4-Methoxybenzonitril, Terephthalonitril oder Bisphenol A ist.
Anwendung eines Photokatalysators für ein stickstoffmodifiziertes Perowskit-Verbundmolekularsieb gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie den folgenden Schritt umfasst: Zugabe eines Photokatalysators, eines Lochfängers und eines organischen Abwassers mit aromatischen Verbindungen zu einem photokatalytischen Reaktor für eine photokatalytische Reaktion, wobei das Volumenverhältnis des Lochfängers zu der aromatischen Verbindung 1: 8-16 beträgt und die Dosierung des Photokatalysators 0,2 bis 0,6 g pro Liter Mischung aus Lochfängern und aromatischen Verbindungen beträgt.
Anwendung eines Photokatalysators für ein stickstoffmodifiziertes Perowskit-Verbundmolekularsieb gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dunkeladsorption vor der photokatalytischen Reaktion durchgeführt wird.
Anwendung eines Photokatalysators für ein stickstoffmodifiziertes Perowskit-Verbundmolekularsieb gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Lochfänger eine der Substanzen Methanol oder Ammoniumoxalat ist.
Anwendung eines Photokatalysators für ein stickstoffmodifiziertes Perowskit-Verbundmolekularsieb gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei der photokatalytischen Reaktion sichtbares Licht durch eine Xenonlampe bereitgestellt wird.