專利名稱：光電極處理水中難降解有機物的工藝的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種采用半導體光電催化氧化法處理水中有機物的工藝，具體來說是一種摻銻二氧化錫薄膜光電極處理水中難降解有機物的工藝。屬于環(huán)境化工光電催化水處理技術(shù)領域。
背景技術(shù)：
20世紀中葉以來，隨著工業(yè)的迅猛發(fā)展，產(chǎn)生了大量的自然界不曾存在的非生命有機物，其中多數(shù)為難降解有機物，對生態(tài)環(huán)境與人類生存構(gòu)成極大威脅。
光激活半導體(通常使用TiO2)價帶上的光生空穴(Fujishima A，Honda K，Nature，1972，23837-38；Matthews R.W.J.Catal.1988，111264-272；Ollis D F，Al-Ekabi H.AmsterdamElsevier，1993)，在水中產(chǎn)生氧化能力極強的·OH自由基(標準電極電勢2.80eV)，可使水中難于降解的有機污染物完全礦化，且對作用物幾乎無選擇性，降解過程可在常溫常壓下進行，加之該法毋須添加化學試劑，無二次污染，故成為當前國內(nèi)外水凈化技術(shù)的研究前沿和開發(fā)熱點。但是大量研究表明該過程的主要問題之一是量子效率太低，反應速率不高，降解水中有機物特別是難降解有機物需較長的時間。
二氧化錫是一種寬帶隙半導體，具有吸收波長小于355nm紫外光的性能。當摻雜金屬元素后成為導體，其吸光性能不發(fā)生改變，且兼顧優(yōu)良的透光性和導電性(J Electrochem Soc，1976，123(7)199；Surface and Coating Technology，2001，138229-236)，作為透光導電薄膜材料廣泛應用于各種光電器件，如電致發(fā)光器件、太陽能電池、液晶顯示、氣敏元件中。此外，摻銻二氧化錫還具有良好的導熱性、機械性能、化學及熱穩(wěn)定性，近年來開始應用于電加熱玻璃、低輻射玻璃以及電化學水處理中，中國專利CN1165204C中提供了一種結(jié)構(gòu)致密、良好的導電性、高透光率、高熱交換效率的錫銻氧化物導電膜。CN1383914A制備了一種納米級TiO2/SnO2復合光催化材料，可用于各種光催化過程。梁鎮(zhèn)海等采用Ti/SnO2+Sb2O3+MnO2/PbO2作陽極，電化學方法降解水中苯酚，苯酚轉(zhuǎn)化率達95.8％(無機材料學報，2001，16(1)183-187)。國外也有將高析氧電極SnO2用于直接陽極氧化水中氯酚(Environ Sci Technol，1999，331453-1457)但是降解的中間產(chǎn)物很難進一步礦化。摻銻二氧化錫光電催化用于難降解有機水處理的研究尚未見報導。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明光電極處理水中難降解有機物的工藝目的在于，利用二氧化錫薄膜光電極優(yōu)良的半導體光電催化性能及其陽極的氧化作用與空氣氧電極陰極的還原作用發(fā)生的協(xié)同效應，提高體系·OH自由基濃度，從而公開一種能有效徹底去除水中難降解有機物的光電催化水處理工藝的技術(shù)方案。
本發(fā)明光電極處理水中難降解有機物的工藝，其特征在于是一種納米摻銻二氧化錫薄膜光電極處理水中難降解有機物的工藝，該工藝采用浸漬提拉工藝制成的摻銻二氧化錫薄膜電極作為光電催化有機水處理的光電極，光電催化反應器水平放置，摻銻二氧化錫薄膜電極與另一工作電極相互平行并垂直置于光電催化反應器中，紫外光源置于反應器中心或反應器外側(cè)，外加直流電的電壓控制在0.5-5V，處理時間為1～3小時，浸漬提拉工藝制成的摻銻二氧化錫薄膜光電極選用鈦片或碳化硅片為基體的納米摻銻氧化錫薄膜光電極。
上述的納米摻銻二氧化錫薄膜光電極處理水中難降解有機物的工藝中，另一工作電極為空氣氧電極，在光電催化水處理過程作為陰極；紫外光源的波長為365nm；反應過程始終有空氣連續(xù)不斷鼓入反應器中。
本發(fā)明的優(yōu)點為將電化學反應和光催化反應有機結(jié)合，源源不斷產(chǎn)生所需的強氧化性·OH自由基，而且此種光電催化水處理工藝反應、傳質(zhì)非常協(xié)調(diào)，從而實現(xiàn)高效降解水中有機物。具體優(yōu)點為1)陽極有三大作用其一，捕獲光生電子，生產(chǎn)·OH；其二，直接電化學氧化水中有機污染物，其三，與空氣氧電極聯(lián)合生產(chǎn)·OH，。
2)空氣氧電極作用生產(chǎn)H2O2、OH-及新生態(tài)的氧。
3)空氣氧電極與光聯(lián)合作用生產(chǎn)·OH，因此，該光電催化水處理工藝可快速徹底地將水中有機物降解為CO2、H2O、無機離子等小分子物質(zhì)，且毋須添加化學試劑，無二次污染，無固液分離問題，同時開辟了二氧化錫薄膜電極應用的新領域。
具體實施例方式實施方式1采用浸漬提拉工藝將摻銻二氧化錫涂覆在預先處理好的鈦片上制成摻銻二氧化錫薄膜光電極，以此電極為陽極，空氣氧電極為陰極，對苯酚水溶液進行處理。工藝條件為以摻銻二氧化錫薄膜電極為光陽極，空氣氧電極為陰極，陰陽兩電極之間距離4cm，250W 365nm紫外燈作為中心光源，空氣流量為0.3m3/h，電壓0.5V。處理時間為2小時，每間隔一定時間取樣分析，用分光光度法測量苯酚的轉(zhuǎn)化率，并測定其各時間段反應液COD濃度的變化。結(jié)果表明經(jīng)1小時光電催化反應，50mg/L，100mL苯酚水溶液苯酚轉(zhuǎn)化率為接近100％，COD的去除率為80.0％以上。
實施方式2采用浸漬提拉工藝將摻銻二氧化錫涂覆在預先處理好的碳化硅片上制成摻銻二氧化錫薄膜光電極，以此電極為陽極，空氣氧電極為陰極，對苯酚水溶液進行處理。工藝條件為以摻銻二氧化錫薄膜電極為光陽極，空氣氧電極為陰極，陰陽兩電極之間距離3cm，250W 365nm紫外燈作為側(cè)光源，空氣流量為0.3m3/h，電壓2V。處理時間為2小時，每間隔一定時間取樣分析，用分光光度法測量苯酚的轉(zhuǎn)化率，并測定其各時間段反應液COD濃度的變化。結(jié)果表明經(jīng)2小時光電催化反應，50mg/L，100mL苯酚水溶液苯酚轉(zhuǎn)化率為接近100％，COD的去除率為90.0％以上。
實施方式3采用浸漬提拉工藝將摻銻二氧化錫涂覆在預先處理好的碳化硅片上制成摻銻二氧化錫薄膜光電極，以此電極為陽極，空氣氧電極為陰極，對苯酚水溶液進行處理。工藝條件為以摻銻二氧化錫薄膜電極為光陽極，空氣氧電極為陰極，陰陽兩電極之間距離3cm，250W 365nm紫外燈作為側(cè)光源，空氣流量為0.3m3/h，電壓5V。處理時間為2小時，每間隔一定時間取樣分析，用分光光度法測量苯酚的轉(zhuǎn)化率，并測定其各時間段反應液COD濃度的變化。結(jié)果表明經(jīng)3小時光電催化反應，50mg/L，100mL苯酚水溶液苯酚轉(zhuǎn)化率為接近100％，COD的去除率為95.8％以上。
權(quán)利要求
1.一種光電極處理水中難降解有機物的工藝，其特征在于是一種納米摻銻二氧化錫薄膜光電極處理水中難降解有機物的工藝，該工藝采用浸漬提拉工藝制成的摻銻二氧化錫薄膜電極作為光電催化有機水處理的光電極，光電催化反應器水平放置，摻銻二氧化錫薄膜電極與另一工作電極相互平行并垂直置于光電催化反應器中，紫外光源置于反應器中心或反應器外側(cè)，外加直流電的電壓控制在0.5-5V，處理時間為1～3小時，浸漬提拉工藝制成的摻銻二氧化錫薄膜光電極選用鈦片或碳化硅片為基體的納米摻銻氧化錫薄膜光電極。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種光電極處理水中難降解有機物的工藝，其特征在于所述的另一工作電極為空氣氧電極，在光電催化水處理過程作為陰極；紫外光源的波長為365nm；反應過程始終有空氣連續(xù)不斷鼓入反應器中。
全文摘要
一種光電極處理水中難降解有機物的工藝屬于環(huán)境化工光電催化水處理技術(shù)領域。采用光電性能優(yōu)越的摻銻二氧化錫薄膜電極作為光電催化有機水處理的光電極，空氣氧電極作為陰極，兩電極相互平行并垂直置于光電催化反應器中，依據(jù)裝置的處理能力，電極可采用多組串聯(lián)或并聯(lián)，365nm波長紫外光源置于反應器中心或反應器外側(cè)。本發(fā)明選用鈦片或碳化硅片為基體的納米摻銻氧化錫薄膜光電極，不僅利用其優(yōu)良的半導體光電催化性能，而且利用其陽極的氧化作用與空氣氧電極陰極的還原作用發(fā)生的協(xié)同效應，提高了體系·OH自由基濃度，故能有效徹底去除水中難降解有機物，是一種新的光電催化水處理工藝。
文檔編號C02F1/46GK1760139SQ200510012789
公開日2006年4月19日 申請日期2005年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月1日
發(fā)明者樊彩梅, 王韻芳, 梁鎮(zhèn)海, 張曉燕, 王艷, 孫彥平 申請人:太原理工大學