一種用于處理亞甲基藍(lán)染料廢水的可見光催化劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無機(jī)功能材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于處理亞甲基藍(lán)染料廢水的可見光催化劑及其制備方法。
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【背景技術(shù)】
[0003]目前有機(jī)染料廢水已經(jīng)成為主要的水體污染源之一。該廢水具有水量大、濃度高、成分復(fù)雜、色度深和難降解等特點(diǎn)。大多數(shù)染料具有毒性、致癌性、致畸和致突變的作用。亞甲基藍(lán)是一種重要的有機(jī)化學(xué)合成陽離子染料，工業(yè)應(yīng)用非常廣泛。例如，可應(yīng)用于麻、蠶絲織物、紙張的染色及竹、木的著色，應(yīng)用于生物、細(xì)菌組織的染色以及應(yīng)用于制造墨水和色淀等。亞甲基藍(lán)在工業(yè)上的廣泛應(yīng)用導(dǎo)致含亞甲基藍(lán)染料廢水對(duì)水體的嚴(yán)重污染。目前有機(jī)染料廢水的處理方法主要有生物法、混凝法、高級(jí)氧化技術(shù)、光催化法、吸附法及膜分離法等。生物法受PH值、溫度、鹽份和染料種類等因素的影響，使得生物法處理的效果不夠理想。混凝法的運(yùn)行費(fèi)用較高，泥渣量大而且脫水困難，適用的pH值范圍窄。高級(jí)氧化技術(shù)成本高，常用氧化劑也會(huì)表現(xiàn)出氧化能力不強(qiáng)、存在選擇性氧化等缺點(diǎn)，而且處理過程中容易引入雜質(zhì)造成二次污染。膜分離法的成本較高，操作壓力較大，造成膜法的能耗偏高。
[0004]近年來，利用半導(dǎo)體材料光催化降解有毒有害的污染物已成為重要的研宄方向。光催化技術(shù)不僅能耗低、操作簡(jiǎn)便、反應(yīng)條件溫和、無二次污染，而且可有效地將有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為無機(jī)小分子，達(dá)到完全無機(jī)化的目的。目前使用較多光催化劑是T12,其具有光催化活性高、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)。然而T12的帶隙較寬，只能吸收λ < 387nm的紫外光，太陽能的利用率低。因此，開發(fā)一種代替T12并且能簡(jiǎn)單高效處理亞甲基藍(lán)染料廢水的可見光催化劑具有重要的意義。
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【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，從而提供一種簡(jiǎn)單有效降解亞甲基藍(lán)廢水的可見光催化劑及其制備方法和應(yīng)用。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過大量試驗(yàn)研宄后獲得了如下技術(shù)方案:
一種用于處理亞甲基藍(lán)染料廢水的可見光催化劑，所述的可見光催化劑包括通式為Mex-V2O5的組分，其中Me為鈉元素或銅元素，x=0.2-0.4。
[0008]一種用于處理亞甲基藍(lán)染料廢水的可見光催化劑的制備方法，該方法包括如下步驟:以可溶性金屬鹽、五氧化二釩和雙氧水為原料，在o-1o°c的條件下攪拌溶解，然后加熱至50-62°C后保溫反應(yīng)，至無氣泡產(chǎn)生且底部有沉淀生成，過濾，干燥所得沉淀，經(jīng)煅燒后獲得通式為Me^V2O5的催化劑粉體；其中，所述的可溶性金屬鹽為可溶性鈉鹽或可溶性銅鹽，Me為鈉元素或銅元素，χ=0.2-0.4。
[0009]優(yōu)選地，如上所述用于處理亞甲基藍(lán)染料廢水的可見光催化劑的制備方法，其中所述的可溶性金屬鹽中的鈉元素或銅元素與五氧化二釩的摩爾比為0.2-0.4:1。
[0010]優(yōu)選地，如上所述用于處理亞甲基藍(lán)染料廢水的可見光催化劑的制備方法，其中所述的原料在0°c冰水浴下攪拌溶解。
[0011]進(jìn)一步優(yōu)選地，如上所述用于處理亞甲基藍(lán)染料廢水的可見光催化劑的制備方法，其中溶解后的原料在60 V水浴恒溫加熱下保溫反應(yīng)。
[0012]優(yōu)選地，如上所述用于處理亞甲基藍(lán)染料廢水的可見光催化劑的制備方法，其中所述的干燥步驟是將沉淀在常溫和空氣條件下晾干。
[0013]優(yōu)選地，如上所述用于處理亞甲基藍(lán)染料廢水的可見光催化劑的制備方法，其中所述的煅燒步驟是將干燥的沉淀放入馬弗爐中，在200°C- 500°C下煅燒3 - 5小時(shí)。
[0014]優(yōu)選地，如上所述用于處理亞甲基藍(lán)染料廢水的可見光催化劑的制備方法，其中所述的雙氧水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8-12%。
[0015]本發(fā)明將亞甲基藍(lán)染料廢水引入圓柱形石英光催化反應(yīng)器中，根據(jù)亞甲基藍(lán)染料廢水的濃度加入0.5~2g/L按上述方法制備的可見光催化劑粉體，再開啟磁力攪拌器進(jìn)行攪拌，使催化劑呈懸浮狀態(tài)，然后接通氙燈光源，照射30-90分鐘，利用光催化降解廢水中的有機(jī)成分。所述氙燈置于石英冷阱內(nèi)，該冷阱固定在圓柱形石英反應(yīng)器中央，冷阱內(nèi)的夾層中通有冷卻水，通過調(diào)節(jié)冷卻水的流量來消除氙燈的熱效應(yīng)。所述光源采用模擬太陽光譜的氙燈，濾光片濾去420 nm以下波長(zhǎng)的紫外光譜。在本發(fā)明中也可以用太陽光照射。本發(fā)明在常溫常壓下具有催化降解效率高，工藝流程簡(jiǎn)單，無二次污染產(chǎn)生，并且運(yùn)行費(fèi)用低等特點(diǎn)，有很高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
[0016]基于以上應(yīng)用效果，本發(fā)明還提供了一種利用上述可見光催化劑處理亞甲基藍(lán)染料廢水的方法，其中該方法包括將所述可見光催化劑懸浮于亞甲基藍(lán)染料廢水中，在波長(zhǎng)彡420nm的可見光照射30-90 min進(jìn)行處理。
[0017]優(yōu)選地，如上所述利用上述可見光催化劑處理亞甲基藍(lán)染料廢水的方法，其中按
0.5-2.0g/L廢水的比例加入所述可見光催化劑，在攪拌下處理。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明涉及處理亞甲基藍(lán)染料廢水的方法具有如下顯著的優(yōu)點(diǎn)和顯著的進(jìn)步:
(I)本發(fā)明的可見光催化劑制備方法簡(jiǎn)單，易于工業(yè)化生產(chǎn)。
[0019](2)本發(fā)明的可見光催化劑活性高，去除污染物效果顯著，能在較短的時(shí)間內(nèi)快速而且高效降解污染物。
[0020](3)本發(fā)明的廢水處理方法在常溫常壓下即可進(jìn)行，工藝流程簡(jiǎn)單和成本低。
[0021](4)本發(fā)明的廢水處理方法將污染物最終降解成無機(jī)小分子物質(zhì)，從而避免了二次污染的產(chǎn)生。
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【具體實(shí)施方式】
[0023]以下通過實(shí)施例形式對(duì)本發(fā)明的可見光催化劑的制備和應(yīng)用再作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)施例，凡基于本發(fā)明上述內(nèi)容所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。
[0024]實(shí)施例1
稱取0.0lmol即1.81g五氧化二釩，再取0.43g即0.003mol無水硫酸鈉，使兩者在冰水浴條件下溶解于10%的40mL雙氧水中，完全溶解后，將混合溶液置于水浴鍋上于60°C進(jìn)行恒溫反應(yīng)，將反應(yīng)生成的紅褐色沉淀過濾后室溫晾干，而后將晾干的沉淀物放置于坩禍后轉(zhuǎn)移到馬弗