CN110002574B - 一种黑暗条件下应用催化剂与曝气去除污染物*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及环境保护和污染控制技术领域，具体涉及一种黑暗条件下应用催化剂与曝气去除污染物***，包括曝气震动室与污水处理室，曝气震动室两端分别固定设置有进水管道与出水管道，曝气震动室底部设置曝气石和隔板，曝气震动室底部开设有通孔，隔板固定安装在通孔处，隔板具有定时开关功能，通孔内固定装有单向过滤器，污水处理室两端分别固定设置有进水管道、出水管道和备用进水管道，进水管道、出水管道和备用进水管道上均安装有调节阀，污水处理室两端底部固定连接有曝气石，在无光条件下通过光电催化材料曝气处理后的水溶液对难降解污染物进行高效降解，解决了传统光电催化材料无光不生电的弊端，实现低能耗降解各类典型难降解污染物。

Description

一种黑暗条件下应用催化剂与曝气去除污染物***

技术领域

本发明涉及环境保护和污染控制技术领域，具体涉及一种黑暗条件下应用催化剂与曝气去除污染物***。

背景技术

近年来，我国经济水平高速发展，伴随发展而来的淡水资源减少、能源消耗以及各地工业区的水污染等问题日益突出，并逐渐成为大家谈论的话题以及科研人员的研究方向。

目前在研究降解污染物方面最具有突出代表性的就是光电催化材料，它不可逆地改变了反应物分子，强烈地影响了水环境中某些污染物的降解效率。当具有大于光催化剂禁带带隙能的光照射时，价带上的电子会跃迁到导带上，从而形成空穴/电子对，激发电子与氧气形成超氧自由基，而所产生的空穴与吸附在光催化剂表面的水或氢氧根反应生成羟基自由基，羟基自由基为强氧化剂，氧化降解水中的有机污染物；产生的空穴也具有强氧化性，能够直接氧化水中有机物。但是所有光催化降解污染物体系研究均在紫外照射或者可见光条件下进行，而光照需要消耗大量的能量，这不仅对水处理工艺行业的可持续发展不利，更对我国的社会经济的可持续发展不利。很少有探究光电催化材料在黑暗条件下仅通过曝气震动是否产生自由基，及该水溶液对污染物降解性能的研究。

发明内容

解决的技术问题

针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种黑暗条件下应用催化剂与曝气去除污染物***，在无光条件下，通过光电催化材料曝气处理后的水溶液对难降解污染物进行高效降解，解决了传统光催化燃料电池必须利用光照的问题，实现低能耗降解污染物。

技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种黑暗条件下应用催化剂与曝气去除污染物***，包括曝气震动室与污水处理室，所述曝气震动室两端分别固定设置有进水管道与出水管道，所述曝气震动室底部设置曝气石和隔板，所述曝气震动室底部开设有通孔，所述隔板固定安装在通孔处，所述隔板具有定时开关功能，所述通孔内固定装有单向过滤器，所述污水处理室两端分别固定设置有进水管道、出水管道和备用进水管道，所述进水管道、出水管道和备用进水管道上均安装有调节阀，所述污水处理室两端底部固定连接有曝气石；

通过所述进水管道将压电与催化性能的光电催化材料与水溶液加入到曝气震动室内，开设所述曝气震动室内的曝气石，关闭所述隔板，压电催化材料通过曝气石曝气震动，结合其压电与催化性能，实现含有活性自由基水溶液，然后，开启所述隔板，所述曝气震动室曝气后含有自由基水溶液通过通孔进入污水处理室实现污染物降解，单向过滤器阻止光电催化材料流入污水处理室；开启所述污水处理室底部设置的曝气石实现污染物降解。

更进一步地，所述单向过滤器孔径小于光电催化材料粒径，所述单向过滤器可选过滤膜、过滤棉或无纺布等材料中任一一种。

更进一步地，所述污水处理室内为含污染物废水，污染物废水包括罗丹明B、盐酸四环素、黄连素等各类典型废水。

更进一步地，所述曝气震动室内的的压电与催化性能的光电催化材料选用MoS₂、ZnO、CdS、CdSe、ZnS等一或者多种。

更进一步地，所述曝气石通过曝气管与曝气泵连接；所述曝气石类型形状选用圆柱状、球状、半球状、饼状或马蹄状等。

更进一步地，所述调节阀选用电磁阀。

有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已知的公有技术相比，具有如下有益效果：提供了一种黑暗条件下应用催化剂与曝气去除污染物***，在无光条件下通过光电催化材料曝气处理后的水溶液对难降解污染物进行高效降解，解决了传统光电催化材料无光不生电的弊端，实现低能耗降解各类典型难降解污染物。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一种黑暗条件下应用催化剂与曝气去除污染物***三维图；

图2为本发明的一种黑暗条件下应用催化剂与曝气去除污染物***透视图；

图3为本发明的催化剂量对污染物降解率影响示意图；

图中：横坐标表示时间，单位分钟，纵坐标表示浓度。正方形、圆点、正三角形、倒三角形分别代表0mg、40mg、50mg、60mg光电催化材料添加量，曝气后的水溶液对污染物的降解效果。

图4为本发明的光照条件对污染物降解率影响示意图。

图中：横坐标表示时间，单位分钟，纵坐标表示浓度。正方形、圆点分别代表催化剂在黑暗与光照条件的水溶液降解效果。

图5为本发明的输入气体类型对污染物降解率影响示意图。

图中：横坐标表示时间，单位分钟，纵坐标表示浓度。正方形、圆点分别代表催化剂在曝氮气、氧气后的水溶液降解效果，结果显示出曝氧气的效果最佳。

图6为本发明的加入自由基捕获剂对污染物降解率影响示意图。

图中：横坐标表示时间，单位分钟，纵坐标表示浓度。正方形、圆点、正三角形、倒三角形分别代表催化剂加1毫升的草酸铵(AO)，苯醌(BQ)，叔丁醇(TBA)、催化剂(浓度均为1mmol/L)曝气后的水溶液降解效果。

图中的标号分别代表：1调节阀；2进水管道；3曝气震动室；4单向过滤器；5可开关隔板；6污水处理室；7.出水管道8.备用进水管9.曝气石；10单向过滤器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例如图1和2所示

一种黑暗条件下应用催化剂与曝气去除污染物***，包括曝气震动室3与污水处理室6，曝气震动室3两端分别固定设置有进水管道2与出水管道7，曝气震动室3底部设置曝气石9和隔板5，曝气震动室1底部开设有通孔，隔板5固定安装在通孔处，隔板5具有定时开关功能，通孔内固定装有单向过滤器4，单向过滤器4孔径小于光电催化材料粒径，单向过滤器4可选过滤膜、过滤棉或无纺布等材料中任一一种，污水处理室6两端分别固定设置有进水管道2、出水管道7和备用进水管道8，进水管道2、出水管道7和备用进水管道8上均安装有调节阀1，调节阀1选用电磁阀2，污水处理室6两端底部固定连接有曝气石9，曝气石9通过曝气管与曝气泵连接；曝气石9类型形状选用圆柱状、球状、半球状、饼状或马蹄状等；

通过曝气震动室3的进水管道2将压电与催化性能的光电催化材料与水溶液加入到曝气震动室3内，曝气震动室3内的的压电与催化性能的光电催化材料选用MoS₂、ZnO、CdS、CdSe、ZnS等一或者多种，MoS₂/ZnO、CdS/MoS₂、ZnO/CdS、MoS₂/ZnO/CdSe等，开设曝气震动室3内的曝气石9，关闭隔板5，压电催化材料通过曝气石3曝气震动，结合其压电与催化性能，实现含有活性自由基水溶液，然后，开启隔板5，曝气震动室6曝气后含有自由基水溶液通过通孔进入污水处理室6实现污染物降解，单向过滤器4阻止光电催化材料流入污水处理室6；开启污水处理室6底部设置的曝气石9实现污染物降解，污水处理室9内通过进水管道2加入污染物废水，如罗丹明B、盐酸四环素、黄连素等各类典型废水；在无外加光照的条件下，通过曝气震动产生电子，半导体异质结催化剂间自偏压产生电流，或两者协同作用产生电子，电子活化氧气，从而产生强氧化性自由基，用于污染物降解。

具体案例：

案例1光电催化材料MoS₂制备：

分别称取0.72g二水钼酸钠和0.69g硫脲溶1-丁基-3甲基咪唑氯盐中，用(60ml，1mol/LHCl)缓慢滴定，搅拌12h后，放入反应釜以220℃反应24h。取出后用无水乙醇和去离子水清洗，60℃烘干，制得所需MoS₂。

案例2催化剂量对污染物降解率影响：

分别称取0mg、40mg、50mg、60mg如上所述MoS₂光电催化材料，分别置于含有40mL去离子水的曝气震动室中，打开曝气泵，进行30分钟的曝气后，开启隔板开关，MoS₂光电催化材料经滤膜过滤，截留于曝气震动室中，含自由基清水在重力作用下，流入含有40mL罗丹明B的污水处理室中，进行曝气降解，每隔5分钟取一个样品，取7次。经行紫外-可见分光光度法测定吸光度，计算去除率，如图3所示，结果表明40mgMoS₂光电催化材料优于其他催化材料使用量。

案例3光照条件对污染物降解率影响：

称取40mg如上所述MoS₂光电催化材料，分别置于含有40mL去离子水的曝气震动室中，打开曝气泵，分别在在黑暗与光照条件下进行30分钟的曝气后，开启隔板开关，MoS₂光电催化材料经滤膜过滤，截留于曝气震动室中，含自由基清水在重力作用下，流入含有40mL罗丹明B的污水处理室中，进行曝气降解，每隔5分钟取一个样品，取7次。经行紫外-可见分光光度法测定吸光度，如图4所示，罗丹明B去除率分别为69.54％与70.85％。

案例4输入气体类型对污染物降解率的影响：

称取40mg如上所述MoS₂光电催化材料，分别置于含有40mL去离子水的曝气震动室中，打开曝气泵，一个曝氮气，一个爆氧气，其流量均为600mL/min，时间为30min，开启隔板开关，MoS₂光电催化材料经滤膜过滤，截留于曝气震动室中，含自由基清水在重力作用下，流入含有40mL罗丹明B的污水处理室中，进行曝气降解，每隔5分钟取一个样品，取7次。经行紫外-可见分光光度法测定吸光度，计算剩余污染物浓度，如图5所示，输入氧气的罗丹明B去除率优于输入氮气。

案例5加入自由基捕获剂对污染物降解率的影响：

称取40mg如上所述MoS₂光电催化材料，分别置于含有40mL去离子水的曝气震动室中，分别外加1mL的苯醌(BQ)，草酸铵(AO)，叔丁醇(TBA)(浓度均为1mmol/L)以捕获·O^2-，h⁺，·OH。曝气30min，开启隔板开关，MoS₂光电催化材料经滤膜过滤，截留于曝气震动室中，含自由基清水在重力作用下，流入含有40mL罗丹明B的污水处理室中，进行曝气降解，每隔5分钟取一个样品，取7次。经行紫外-可见分光光度法测定吸光度，如图6所示，加入TBA的降解效果最差，说明***中·OH为主要活性物种。

综上所述：在无光条件下通过光电催化材料曝气处理后的水溶液对难降解污染物进行高效降解，解决了传统光电催化材料无光不生电的弊端，实现低能耗降解各类典型难降解污染物。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种黑暗条件下应用催化剂与曝气去除污染物***，包括曝气震动室与污水处理室，其特征在于：所述曝气震动室两端分别固定设置有进水管道与出水管道，所述曝气震动室底部设置曝气石和隔板，所述曝气震动室底部开设有通孔，所述隔板固定安装在通孔处，所述隔板具有定时开关功能，所述通孔内固定装有单向过滤器，所述污水处理室两端分别固定设置有进水管道、出水管道和备用进水管道，所述进水管道、出水管道和备用进水管道上均安装有调节阀，所述污水处理室两端底部固定连接有曝气石；

通过所述进水管道将压电与催化性能的光电催化材料与水溶液加入到曝气震动室内，开启所述曝气震动室内的曝气石，关闭所述隔板，光电催化材料通过曝气石曝气震动，结合其压电与催化性能，使水溶液含有活性自由基，然后，开启所述隔板，所述曝气震动室曝气后含有自由基水溶液通过通孔进入污水处理室实现污染物降解，单向过滤器阻止光电催化材料流入污水处理室；开启所述污水处理室底部设置的曝气石实现污染物降解；

所述曝气震动室内的压电与催化性能的光电催化材料为MoS₂、ZnO、CdS、CdSe、ZnS中的一种或者多种。

2.根据权利要求1所述的一种黑暗条件下应用催化剂与曝气去除污染物***，其特征在于，所述单向过滤器孔径小于光电催化材料粒径，所述单向过滤器为过滤膜或过滤棉。

3.根据权利要求1所述的一种黑暗条件下应用催化剂与曝气去除污染物***，其特征在于，所述污水处理室内为含污染物废水，污染物废水包括罗丹明B、盐酸四环素或黄连素废水。

4.根据权利要求1所述的一种黑暗条件下应用催化剂与曝气去除污染物***，其特征在于，所述曝气石通过曝气管与曝气泵连接；所述曝气石的形状为圆柱状、球状、半球状或马蹄状。

5.根据权利要求1所述的一种黑暗条件下应用催化剂与曝气去除污染物***，其特征在于，所述调节阀选用电磁阀。

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