CN110240221A - 一种光电催化体系及降解有机污染物同时回收贵金属银的方法 - Google Patents

一种光电催化体系及降解有机污染物同时回收贵金属银的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110240221A
CN110240221A CN201910338259.XA CN201910338259A CN110240221A CN 110240221 A CN110240221 A CN 110240221A CN 201910338259 A CN201910338259 A CN 201910338259A CN 110240221 A CN110240221 A CN 110240221A
Authority
CN
China
Prior art keywords
cathode
light
persulfate
silver
organic pollutant
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910338259.XA
Other languages
English (en)
Inventor
赵旭
邵荟芯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Research Center for Eco Environmental Sciences of CAS
Original Assignee
Research Center for Eco Environmental Sciences of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Research Center for Eco Environmental Sciences of CAS filed Critical Research Center for Eco Environmental Sciences of CAS
Priority to CN201910338259.XA priority Critical patent/CN110240221A/zh
Publication of CN110240221A publication Critical patent/CN110240221A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/30—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
    • C02F1/46109—Electrodes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/10—Inorganic compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/30—Organic compounds

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

本发明公开了一种光电催化体系及降解有机污染物同时回收贵金属银的方法，包括光电反应器、光阳极、阴极、电解液和过硫酸盐溶液；所述光电反应器用于盛放所述电解液和所述过硫酸盐溶液，所述光阳极和所述阴极设置在所述光电反应器内，所述光阳极和所述阴极通过外电路连接，所述光阳极为可见光响应的光催化活性半导体光电极。本发明还公开了一种降解有机污染物同时回收贵金属银的方法，将含有银离子和有机污染物的废水加入到所述的光电催化体系中，在可见光的作用下进行光电催化反应。本发明可以实现对有机污染物的高效去除并同时回收贵金属银，有机污染物的去除率可以达96.5％以上，银离子的总回收率可达94.6％以上。

Description

一种光电催化体系及降解有机污染物同时回收贵金属银的 方法
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，特别是涉及一种光电催化体系及降解有机污染物同时回收贵金属银的方法。
背景技术
银因具有良好的催化性、导电性、感光性、延展性和抗菌性能，广泛应用于石油化工、电镀、影像、医疗、饰品以及日常生活用品如袜子、油漆、绷带和食品容器制作等行业。银的广泛应用不仅会产生大量的含银废水，而且也会不断消耗银的储量。含银废水中银以正一价离子形式存在，具有可迁移性和毒性。从污染防治角度上看，对废水中的银离子进行回收可以达到净化废水的目的；从资源利用角度上看，废水中银离子的回收可以提高银的利用率，具有很强的社会意义和经济效益。目前，废水中银回收的主要方法有吸附法、化学沉淀法、离子交换法和电解法等。吸附法主要是利用吸附剂对废水中银离子进行吸附富集；化学沉淀法多利用氯离子和银离子发生的沉淀反应，实现对银离子的去除；离子交换法则利用离子交换树脂回收银离子；电解法可以使银离子以金属银的形式沉积在阴极上，实现对金属银的回收。吸附法、化学沉淀法和离子交换法均是将银离子进行富集固定，并未改变其化学价态，也很难对回收的银进行资源化利用；而电解法则可以促使电阴极产生电子还原一价银离子至银单质，具有很强的可操控性。在电解法回收重金属过程中，往往通过提高电压来实现电阴极对银离子的高效还原，然而，较高的电压同时也促进了阴极析氢副反应的发生。因此，调控阴极电位促进银离子还原并且抑制析氢反应对于银的高效回收至关重要。此外，废水中的银离子往往是和有机物共同存在：日常生活消费的银制品往往和有机物一同排放进入了城镇污水处理厂；洗相行业由于分散性，小规模等特点往往也会产生定影液显影液混合废水，其中含有高浓度的有机物和银离子。因此，开发出既可以回收银离子也可以降解有机物的技术十分必要。
目前有机废水的处理方法有很多，主要包括物理法、生物法和化学法。吸附、超滤等物理法只是将污染物从一个介质转移到了另一个介质，并没有实现有机物的根本降解和去除；城市污水处理***应用较多的生物法涉及微生物的驯化和培养，对环境条件要求苛刻，且难降解对微生物具有毒害作用的有毒有机物；化学法如通过投加双氧水、含氯物质或臭氧等氧化剂可以实现对有机物的完全矿化和去除，是较为有效的处理手段。然而在芬顿反应中，较为常用的激活剂是过渡金属离子，过渡金属离子会对环境产生二次污染。
目前来说，针对重金属以及有机污染物的处理主要为分别针对单一污染物的处理方法和单独处理重金属的方法，由于重金属的处理方法和有机污染物的处理方法在实施条件、处理原理等方面都各不相同，难以同时满足重金属-有机污染物复合污染的处理要求。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种光电催化体系，并将该光电催化体系应用到含有银离子和有机污染物的废水中，通过光电催化作用，可以实现有效去除有机污染物的同时阴极电还原回收贵金属银。
基于上述目的，本发明提供的一种光电催化体系，包括光电反应器、光阳极、阴极、电解液和过硫酸盐溶液；所述光电反应器用于盛放所述电解液和所述过硫酸盐溶液，所述光阳极和所述阴极设置在所述光电反应器内，所述光阳极和所述阴极通过外电路连接，所述光阳极为可见光响应的光催化活性半导体光电极。
过硫酸盐的活化方式可以概括为自由基活化和非自由基活化：在自由基活化过程中，过硫酸盐被激活从而产生具有较高氧化还原电位的硫酸根自由基。紫外光照射，加热处理以及过渡金属离子等均可以激活过硫酸盐产生硫酸根自由基；而在非自由基活化过程中，过硫酸盐可以作为电子受体发生两电子还原反应转换为硫酸根离子，而有机污染物则可以作为电子供体直接传递电子给过硫酸盐。碳纳米管和石墨化纳米金刚石等材料可以作为电子传递媒介将有机物的电子传递给过硫酸盐，实现有机物的高效去除。本发明是利用过硫酸盐的非自由基活化过程，即过硫酸盐起到了电子受体的作用，用以消耗光阳极表面的光生电子，提高光阳极表面光生电子和光生空穴的分离能力，从而产生更多的光生空穴用以氧化有机污染物。
光电催化体系中光阳极对有机物的降解效率较低，为了提高降解效率，往往通过提高偏压的方法促进光阳极光生电子和光生空穴的分离。然而，偏压的增大同时也促进了光阳极表面的析氧副反应，不利于光阳极对有机物的降解。针对于以上问题，本发明强调了一种增强光电催化体系光阳极氧化能力的方法，即通过引入过硫酸盐作为电子受体在光阳极表面消耗电子，促进光生电子和光生空穴的分离，从而提高光生空穴的数量。过硫酸盐的引入可以保证光阳极在较小的外加偏压(0.49V vs.NHE)下即可实现对有机物的高效去除，从而避免光阳极表面发生析氧副反应(1.23V vs.NHE)。
其次，本发明强调了过硫酸盐对银离子在光阳极表面沉积的抑制作用。在光电催化体系中，光阳极表面的光生电子可以和溶液中的电子受体发生应。Ag+和PMS(过硫酸盐)都是典型的电子受体，银离子的氧化还原电位为0.79V(E0(Ag+/Ag)＝0.79V vs.NHE)，而过一硫酸盐发生两电子还原的氧化还原电位为1.75V vs.NHE(E0(HSO5 -/SO4 2-)＝1.75Vvs.NHE)，过二硫酸盐发生两电子还原的氧化还原电位为2.12V vs.NHE(E0(S2O8 2-/SO4 2-)＝2.12V vs.NHE)。可见，过硫酸盐更易在光阳极表面发生光还原反应得到电子，从而抑制银离子在光阳极表面的沉积，有利于保护光阳极的稳定性。
另外，本发明强调了过硫酸盐对阴极电位和阴极电流的影响，引入过硫酸盐可以调控阴极电位，用以选择性还原银，而抑制氢气的产生；具体为：在不添加过硫酸盐时，当光阳极电位设置为0.49V vs.NHE时，阴极的电位为-0.21V vs.NHE，阴极电流密度为0.21mA·cm-2。阴极发生析氢反应的电位为0.00V vs.NHE，因此阴极表面会发生剧烈的析氢副反应，导致阴极表面呈现强碱性，银离子最终以Ag2O的形式在阴极发生沉积；在引入过硫酸盐后，当光阳极电位设置为0.49V vs.NHE时，阴极的电位为0.22V vs.NHE，阴极电位低于Ag+的氧化还原电位(E0(Ag+/Ag)＝0.79V vs.NHE)，而高于析氢反应的氧化还原电位。因此，阴极可以在不发生析氢反应的条件下回收银，银离子最终以银单质的形式回收。此外，阴极电流密度也增大为0.37mA·cm-2。总结过硫酸盐的作用：过硫酸盐的引入可以通过消耗光生电子的方式调控阴极电位处于银还原和析氢反应之间，为银离子在阴极以金属银的形式沉积提供了热力学保证；其次，过硫酸盐的引入极大地促进了阴极电流则是为银离子在阴极的沉积提供了动力学基础。
在本发明的一些实施例中，所述光阳极包括钼酸铋电极、钒酸铋电极或石墨相氮化碳电极，所述阴极为钛片电极。
在本发明的一些实施例中，所述钒酸铋电极是通过首先由电沉积得到碘氧铋电极，然后将所得碘氧铋电极在氧钒基乙酰丙酮酯的二甲基亚砜溶液中浸泡、浸泡后煅烧后得到。
在本发明的一些实施例中，所述氧钒基乙酰丙酮酯的二甲基亚砜溶液的浓度为0.2-0.5M，浸泡时间为10-30秒；所述煅烧的温度为400-500℃，煅烧时间为0.8-1.2小时。
在本发明的一些实施例中，上述光电催化体系还包括搅拌器，所述搅拌器设置在所述光电反应器的底部。
在本发明的一些实施例中，所述电解液为1.0-50.0mM的高氯酸钠溶液；所述过硫酸盐选自过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸氢钾复合盐的至少一种，所述过硫酸盐的浓度为1.0-5.0mM。
本发明还提供了一种降解有机污染物同时回收贵金属银的方法，包括以下步骤：将含有银离子和有机污染物的废水加入到上述光电催化体系中，在可见光的作用下进行光电催化反应。
在本发明的一些实施例中，所述光阳极在波长大于420nm的可见光的照射下，产生光生电子和光生空穴，光生空穴与有机污染物发生催化氧化反应降解有机污染物；所述过硫酸盐溶液作为电子受体在光阳极表面消耗光生电子从而抑制银离子在光阳极表面的沉积，剩余的光生电子通过外电路传递到所述阴极，光生电子与银离子在阴极发生还原反应回收贵金属银。
在本发明的一些实施例中，通过恒电位仪或直流电源施加外加偏压为0.1–1.5V，处理时间为30-120分钟。
在本发明的一些实施例中，所述有机污染物包括吩噻嗪盐亚甲基蓝，消炎镇痛药双氯芬酸钠或消毒剂苯酚；所述银离子为硝酸银溶液。
从上面所述可以看出，本发明提供了一种光电催化体系及降解有机污染物同时回收贵金属银的方法，该光电催化体系包括光电反应器、光阳极、阴极、电解液和过硫酸盐溶液，将该光电催化体系应用到含有银离子和有机污染物的废水中，在可见光照射下，可见光响应的光催化活性半导体光电极产生光生电子和光生空穴，过硫酸盐作为电子受体在光阳极表面消耗光生电子，从而抑制银离子在光阳极表面发生沉积；此外，过硫酸盐通过消耗光生电子促进光阳极光生电荷的分离，增加光生空穴的数量，实现对有机污染物的高效去除，去除率可以达96.5％以上；与此同时，过硫酸盐的引入可以影响阴极电位和阴极电流，调控阴极电位增强对银离子的回收而抑制析氢副反应的发生，从而保证阴极回收的银为金属银单质。此外，过硫酸盐的引入可以增强阴极电流加快阴极对银离子的回收。具体为：在不添加过硫酸盐时，银离子在光阳极和阴极的回收率为64.5％和28.1％，总回收率为92.6％，阴极回收的银为Ag2O；在引入过硫酸盐后，银离子在光阳极和阴极的回收率为24.9％和69.7％，总回收率为94.6％，阴极回收的银为金属银单质。
附图说明
图1为本发明实施例所述的光电催化体系的原理框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，本实施例提供了一种光电催化体系，包括光电反应器1、光阳极2、阴极3、电解液和过硫酸盐溶液；光电反应器1用于盛放电解液和过硫酸盐溶液，光阳极2和阴极3设置在光电反应器1内，光阳极2和阴极3通过外电路连接，光阳极2为可见光响应的光催化活性半导体光电极。
本发明实施例提供的光电催化体系是一种可以利用太阳能和电能产生化学能的体系，包括具有可见光响应的光阳极2和阴极3，在可见光照射下，光阳极2可以产生光生电子和光生空穴，电能的引入可以促进光生电子和光生空穴的分离，并促使光生电子通过外电路作用被传导至阴极发生还原反应；与此同时，滞留在光阳极2的光生空穴与有机污染物发生催化氧化反应降解有机污染物。
过硫酸盐的活化方式可以概括为自由基活化和非自由基活化：在自由基活化过程中，过硫酸盐被激活从而产生具有较高氧化还原电位的硫酸根自由基。紫外光照射，加热处理以及过渡金属离子等均可以激活过硫酸盐产生硫酸根自由基；而在非自由基活化过程中，过硫酸盐可以作为电子受体发生两电子还原反应转换为硫酸根离子，而有机污染物则可以作为电子供体直接传递电子给过硫酸盐。碳纳米管和石墨化纳米金刚石等材料可以作为电子传递媒介将有机物的电子传递给过硫酸盐，实现有机物的高效去除。本发明是利用过硫酸盐的非自由基活化过程，即过硫酸盐起到了电子受体的作用，用以消耗光阳极2表面的光生电子，提高光阳极2表面光生电子和光生空穴的分离能力，从而产生更多的光生空穴用以氧化有机污染物。另外，本实施例强调了过硫酸盐对阴极3电位和阴极3电流的影响，引入过硫酸盐可以调控阴极3的电位，用以选择性还原银，而抑制氢气的产生；具体为：在不添加过硫酸盐时，阴极3会产氢导致阴极3表面呈现碱性，在阴极3回收的银为Ag2O，过硫酸盐添加后阴极3回收的银为银单质；引入过硫酸盐可以起到提高阴极3电流密度的作用，加速阴极3对银离子的还原。总结过硫酸盐的作用：过硫酸盐的引入可以控制阴极3电位处于银还原和析氢反应之间，为银离子在阴极3以金属银的形式沉积提供了热力学保证；其次，过硫酸盐的引入极大地促进了阴极3电流则是为银离子在阴极3的沉积提供了动力学基础。
本实施例在光电催化体系中引入过硫酸盐溶液，即在光电反应器1内添加过硫酸盐溶液，在可见光照射下，光阳极2产生光生电子和光生空穴。其中，过硫酸盐作为电子受体在光阳极2表面消耗光生电子从而促进光阳极2光生电荷的分离，增加光生空穴的数量，实现对有机污染物的高效去除。与此同时，过硫酸盐在光阳极2表面和银离子竞争光生电子发生光还原反应，抑制了银离子在光阳极2表面的沉积。在外加偏压的作用下，剩余的光生电子通过外电路传递到阴极3，光生电子与银离子发生还原反应回收贵金属银，过硫酸盐的引入可以影响阴极3电位，调控阴极3电位增强对银离子的回收而抑制析氢副反应的发生。与此同时，过硫酸盐的引入可以提高阴极3电流密度，增强阴极3对银离子的回收。
本实施例将过硫酸盐引入到光电催化体系中，充分利用过硫酸盐电子受体的性质，提高光阳极2光生电子和光生空穴的分离能力，从而产生更多的光生空穴用于氧化降解有机污染物。其次，过硫酸盐作为电子受体可以和银离子竞争光阳极2表面的光生电子，从而抑制光阳极2对银离子回收；过硫酸盐通过促进光阳极2光生电荷的分离从而降低光阳极2和阴极3之间的电位差，起到调控阴极3电位的作用，因此，较高的阴极3电位可以抑制析氢副反应的发生从而促进阴极3对金属银离子的高效选择性还原。此外，过硫酸盐的引入也增加了阴极3电流密度，提高了阴极3对银离子的回收速率。
在本实施例中，所述光阳极2包括钼酸铋电极、钒酸铋电极或石墨相氮化碳电极，所述阴极3为钛片电极，光阳极2和阴极3之间用导线连接。
在本实施例中，所述钒酸铋电极是通过首先由电沉积得到碘氧铋电极，然后将所得碘氧铋电极在氧钒基乙酰丙酮酯的二甲基亚砜溶液中浸泡、浸泡后煅烧后得到。
在本实施例中，可选的，所述氧钒基乙酰丙酮酯的二甲基亚砜溶液的浓度为0.2-0.5M，例如可为0.2M、0.3M、0.4M或0.5M，优选为0.4M；浸泡时间为10-30秒，例如可为10秒、15秒、20秒、25秒或30秒，优选为20s；所述煅烧的温度为400-500℃，例如可为400℃、430℃、450℃、480℃或500℃，优选为450℃；煅烧时间为0.8-1.2小时，例如可为0.8小时、1小时或1.2小时，优选为1.2小时。
在本实施例中，碘氧铋电极的电沉积方法为：前驱体碘氧铋的沉积溶液通过外加电压为-0.1V，FTO玻璃(掺杂氟的SnO2透明导电玻璃)为工作电极，对电极为铂丝，参比电极为银/氯化银电极得到碘氧铋电极。
在本实施例中，前驱体碘氧铋的制备方法为：将100mL含有0.0075M硝酸铋和0.4M碘化钠的pH＝1.2的硝酸水溶液与45mL 0.3M对苯醌的乙醇溶液混合，制备得到前驱体碘氧铋。
具体的，所述钒酸铋电极的制备方法是：前驱体碘氧铋的沉积溶液通过将100mL含有0.0075M硝酸铋和0.4M碘化钠的pH＝1.2的硝酸水溶液与45mL 0.3M对苯醌的乙醇溶液混合而制备。通过电沉积的方法(外加电压为-0.1V，FTO玻璃(掺杂氟的SnO2透明导电玻璃)为工作电极，对电极为铂丝，参比电极为银/氯化银电极)得到碘氧铋电极，将碘氧铋电极浸入0.4M氧钒基乙酰丙酮酯的二甲基亚砜溶液中20秒；然后将得到的电极放入马弗炉中450℃下煅烧1.2个小时即可得到钒酸铋阳极。
在本实施例中，上述光电催化体系还包括搅拌器4，所述搅拌器4设置在所述光电反应器1的底部，用于使光电反应器1的溶液混合均匀，加快电极表面物质的传递速率，所述搅拌器4可为磁力搅拌器。
在本发实施例中，所述电解液为1.0-50.0mM的高氯酸钠溶液；所述过硫酸盐选自过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸氢钾复合盐的至少一种，所述过硫酸盐的浓度为1.0-5.0mM。
本实施例针对有机污染物和贵金属银复合污染型废水，提供一种简单、高效、经济和易于在工程中应用的方法，以有效去除有机污染物同时阴极电还原回收贵金属银。
本实施例还提供了一种降解有机污染物同时回收贵金属银的方法，包括以下步骤：将含有银离子和有机污染物的废水加入到上述光电催化体系中，在可见光的作用下进行光电催化反应。
本实施例将含有银离子和有机污染物的废水加入到光电反应器1内，波长大于420nm的可见光作为光催化电源，在可见光的照射下，可实现在光阳极2降解有机污染物，同时在阴极3回收贵金属银。具体的工作原理为：所述光阳极2在波长大于420nm的可见光的照射下，产生光生电子和光生空穴，光生空穴与有机污染物发生催化氧化反应降解有机污染物；所述过硫酸盐溶液作为电子受体消耗光阳极2表面的光生电子，剩余的光生电子通过外电路传递到所述阴极3，光生电子与银离子在阴极3发生还原反应回收贵金属银。
本实施例将过硫酸盐引入到光电催化体系中，充分利用过硫酸盐电子受体的性质，提高光阳极2光生电子和光生空穴的分离能力，从而产生更多的光生空穴用于氧化降解有机污染物。其次，过硫酸盐作为电子受体可以和银离子竞争光阳极2表面的光生电子，从而抑制光阳极2对银离子回收；另一方面，过硫酸盐通过促进光阳极2光生电荷的分离从而降低光阳极2和阴极3之间的电位差，起到调控阴极3电位的作用，因此，较高的阴极3电位可以抑制析氢副反应的发生从而促进阴极3对金属银离子的高效选择性还原。此外，过硫酸盐的引入也提高了阴极电流密度，加速了阴极3对银离子的回收。
本实施例的方法可以实现对有机污染物的高效去除并同时回收贵金属银；本实施例的方法所采用的过硫酸盐可以作为电子受体消耗光阳极2表面的光生电子，从而提高光生电荷的分离效率并产生更多的光生空穴，实现对有机污染物的高效去除。本实施例的方法所采用的过硫酸盐可以作为电子受体和银离子在光阳极2表面竞争光生电子，从而抑制银离子在光阳极2表面的沉积，保护光阳极2的稳定性。本实施例的方法所采用的过硫酸盐可以起到调控阴极3电位的作用，抑制阴极3析氢副反应的发生并促进重金属银的选择性高效还原。本实施例的方法所采用的过硫酸盐可以起到提高阴极3电流密度的作用，加速阴极3对银离子的还原。
在本实施例中，通过恒电位仪或直流电源施加外加偏压为0.1–1.5V，处理时间为30-120分钟。
在本实施例中，所述有机污染物包括吩噻嗪盐亚甲基蓝，消炎镇痛药双氯芬酸钠或消毒剂苯酚；所述银离子为硝酸银溶液。
下面结合具体的实施例对本发明提供的技术方案做进一步的描述。下述实施例仅用于对本发明进行说明，并不会对本发明的保护范围进行限制。
实施例1
如图1所示，本实施例提供了一种光电催化体系，包括光电反应器1、光阳极2、阴极3、电解液和过硫酸盐溶液；光电反应器1用于盛放电解液和过硫酸盐溶液，光阳极2和阴极3设置在光电反应器1内，光阳极2和阴极3通过外电路连接，光阳极2为可见光响应的光催化活性半导体光电极。
所述电解液为50mM的高氯酸钠溶液；所述过硫酸盐为5mM的过硫酸氢钾复合盐；所述光阳极2为钒酸铋电极，阴极3为钛片电极。
所述钒酸铋电极的制备方法是：前驱体碘氧铋的沉积溶液通过将100mL含有0.0075M硝酸铋和0.4M碘化钠的pH＝1.2的硝酸水溶液与45mL 0.3M对苯醌的乙醇溶液混合而制备。通过电沉积的方法(外加电压为-0.1V，FTO玻璃(掺杂氟的SnO2透明导电玻璃)为工作电极，对电极为铂丝，参比电极为银/氯化银电极)得到碘氧铋电极，将碘氧铋电极浸入0.4M氧钒基乙酰丙酮酯的二甲基亚砜溶液中20秒；然后将得到的电极放入马弗炉中450℃下煅烧1.2个小时即可得到钒酸铋阳极。
利用上述光电催化体系降解有机污染物同时回收贵金属银的方法，包括如下步骤：
(1)配制含有0.1mM硝酸银溶液和0.1mM苯酚的体积为100mL的模拟废水作为待处理水。
(2)在光电反应器1中，设置钒酸铋电极作为光阳极2，钛片电极作为阴极3；采用波长大于420nm的可见光作为光催化光源，用导线将阴阳极连接。将配制好的待处理水加入光电反应器1内，投加50mM高氯酸钠电解液，5mM的过硫酸氢钾复合盐，光阳极2偏压设置为0.49V vs.NHE；电化学处理时间为120分钟。
(3)反应中，每隔30min取样，每次取1mL，随后对水样进行预处理，并通过高效液相色谱测定苯酚降解效率，苯酚降解率为96.5％。
(4)反应中，同样每隔30min取样，每次取2mL，将水样进行过滤，进行ICP测试，测得银离子在光阳极2和阴极3的回收率分别为24.9％和69.7％，总回收率为94.6％。
实施例2
光电催化体系的结构和制备方法同实施例1。
利用上述光电催化体系降解有机污染物同时回收贵金属银的方法如实施例1所述，所不同的是：步骤(1)中的光阳极2偏压设置为0.74V vs.NHE，步骤(2)、(3)、(4)同实施例1。苯酚的降解率为98.1％，银离子在光阳极2和阴极3的回收率分别为21.3％和74.4％，总回收率为95.7％。
对比例1
本对比例的光电催化体系的结构同实施例1，所不同的是：本对比例的光电催化体系中不包括过硫酸盐。
利用上述光电催化体系降解有机污染物同时回收贵金属银的方法如实施例1所述，所不同的是：步骤(2)中，在光电光电反应器1中不投加5mM的过硫酸氢钾复合盐，步骤(1)、(3)、(4)同实施例1。
在不添加过硫酸盐时，测得银离子在光阳极2和阴极3的回收率为64.5％和28.1％，总回收率为92.6％，阴极回收的银为Ag2O。而苯酚的去除率为42.8％。
由实施例1-2和对比例1的对比可知，过硫酸盐的引入使银离子在光阳极2的回收率低到24.9％，有利于保护光阳极2的稳定性，在阴极3的回收率高达69.7％，总回收率可达94.6％以上，且阴极3回收的银为金属银单质；同时过硫酸盐的引入可以保证光阳极2在较小的外加偏压(0.49V vs.NHE)下即可实现对有机物的高效去除，去除率可以达96.5％以上。
从上面所述可以看出，本发明提供了一种光电催化体系及降解有机污染物同时回收贵金属银的方法，该光电催化体系包括光电反应器、光阳极、阴极、电解液和过硫酸盐溶液，将该光电催化体系应用到含有银离子和有机污染物的废水中，在可见光照射下，可见光响应的光催化活性半导体光电极产生光生电子和光生空穴，过硫酸盐作为电子受体可以消耗光生电子从而促进阳极光生电荷的分离，增加光生空穴的数量，实现对有机污染物的高效去除，去除率可以达96.5％以上。其次，过硫酸盐可以作为电子受体和银离子在光阳极表面竞争光生电子，从而抑制银离子在光阳极表面的沉积，保护光阳极的稳定性；与此同时，过硫酸盐的引入可以影响阴极电位，调控阴极电位增强对银离子的回收而抑制析氢副反应的发生，从而保证阴极回收的银为金属银单质。与此同时，过硫酸盐可以起到提高阴极电流密度的作用，加速阴极对银离子的还原，银离子在光阳极的回收率低到24.9％，在阴极的回收率高达69.7％，总回收率可达94.6％以上。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光电催化体系，其特征在于，包括光电反应器、光阳极、阴极、电解液和过硫酸盐溶液；所述光电反应器用于盛放所述电解液和所述过硫酸盐溶液，所述光阳极和所述阴极设置在所述光电反应器内，所述光阳极和所述阴极通过外电路连接，所述光阳极为可见光响应的光催化活性半导体光电极。
2.根据权利要求1所述的光电催化体系，其特征在于，所述光阳极包括钼酸铋电极、钒酸铋电极或石墨相氮化碳电极，所述阴极为钛片电极。
3.根据权利要求2所述的光电催化体系，其特征在于，所述钒酸铋电极是通过首先由电沉积得到碘氧铋电极，然后将所得碘氧铋电极在氧钒基乙酰丙酮酯的二甲基亚砜溶液中浸泡、浸泡后煅烧后得到。
4.根据权利要求3所述的光电催化体系，其特征在于，所述氧钒基乙酰丙酮酯的二甲基亚砜溶液的浓度为0.2-0.5M，浸泡时间为10-30秒；所述煅烧的温度为400-500℃，煅烧时间为0.8-1.2小时。
5.根据权利要求1所述的光电催化体系，其特征在于，还包括搅拌器，所述搅拌器设置在所述光电反应器的底部。
6.根据权利要求1所述的光电催化体系，其特征在于，所述电解液为1.0-50.0mM的高氯酸钠溶液；所述过硫酸盐选自过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸氢钾复合盐的至少一种，所述过硫酸盐的浓度为1.0-5.0mM。
7.一种降解有机污染物同时回收贵金属银的方法，其特征在于，包括以下步骤：将含有银离子和有机污染物的废水加入到权利要求1-6任一项所述的光电催化体系中，在可见光的作用下进行光电催化反应。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述光阳极在波长大于420nm的可见光的照射下，产生光生电子和光生空穴，光生空穴与有机污染物发生催化氧化反应降解有机污染物；所述过硫酸盐溶液作为电子受体在光阳极表面消耗光生电子，剩余的光生电子通过外电路传递到所述阴极，光生电子与银离子在阴极发生还原反应回收贵金属银。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，通过恒电位仪或直流电源施加外加偏压为0.1–1.5V，处理时间为30-120分钟。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述有机污染物包括吩噻嗪盐亚甲基蓝，消炎镇痛药双氯芬酸钠或消毒剂苯酚；所述银离子为硝酸银溶液。
CN201910338259.XA 2019-04-25 2019-04-25 一种光电催化体系及降解有机污染物同时回收贵金属银的方法 Pending CN110240221A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910338259.XA CN110240221A (zh) 2019-04-25 2019-04-25 一种光电催化体系及降解有机污染物同时回收贵金属银的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910338259.XA CN110240221A (zh) 2019-04-25 2019-04-25 一种光电催化体系及降解有机污染物同时回收贵金属银的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110240221A true CN110240221A (zh) 2019-09-17

Family

ID=67883265

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910338259.XA Pending CN110240221A (zh) 2019-04-25 2019-04-25 一种光电催化体系及降解有机污染物同时回收贵金属银的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110240221A (zh)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110526343A (zh) * 2019-09-06 2019-12-03 南昌航空大学 一种电催化耦合高级氧化体系及其应用
CN112452352A (zh) * 2021-01-08 2021-03-09 河南工程学院 石墨化金刚石/石墨相氮化碳复合光催化剂及制备方法
CN113087088A (zh) * 2021-04-20 2021-07-09 合肥工业大学 一种光电催化析氢同步降解水中污染物的方法
CN113277594A (zh) * 2021-06-25 2021-08-20 浙江工商大学 一种复合污染物污染废水的处理方法及处理体系
CN113502513A (zh) * 2021-08-12 2021-10-15 辽宁大学 一种利用太阳能直接沉积铜金属的方法
CN113754022A (zh) * 2021-09-13 2021-12-07 广东工业大学 一种含锰离子污水的处理方法
CN113998758A (zh) * 2021-10-08 2022-02-01 东北大学 光电协同石墨相氮化碳活化过硫酸盐降解抗生素的方法
CN114044554A (zh) * 2021-10-08 2022-02-15 东北大学 光电协同强化铁基催化剂活化过硫酸盐降解抗生素的方法
CN114804303A (zh) * 2022-04-25 2022-07-29 上海大学 降解水体有机污染物同时回收重金属离子的***及方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013057079A1 (en) * 2011-10-17 2013-04-25 Fundació Privada Institut Català D'investigació Química (Iciq) Process for water oxidation comprising the use of a polyoxometalate compound as water oxidation catalyst
CN105819560A (zh) * 2016-03-30 2016-08-03 中国科学院生态环境研究中心 一种过硫酸盐强化光电催化氧化重金属络合物及回收重金属的方法
CN108147507A (zh) * 2016-12-06 2018-06-12 中国科学院生态环境研究中心 一种负载四氧化三钴的阴极碳材料活化过硫酸盐强化光电催化降解有机物的方法
CN108328692A (zh) * 2018-01-23 2018-07-27 中国科学院生态环境研究中心 光催化燃料电池体系及光电催化回收贵金属银同时降解有机物的方法
CN109626513A (zh) * 2018-11-27 2019-04-16 大连理工大学 光催化燃料电池与过硫酸盐耦合降解污染物并提高产电的方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013057079A1 (en) * 2011-10-17 2013-04-25 Fundació Privada Institut Català D'investigació Química (Iciq) Process for water oxidation comprising the use of a polyoxometalate compound as water oxidation catalyst
CN105819560A (zh) * 2016-03-30 2016-08-03 中国科学院生态环境研究中心 一种过硫酸盐强化光电催化氧化重金属络合物及回收重金属的方法
CN108147507A (zh) * 2016-12-06 2018-06-12 中国科学院生态环境研究中心 一种负载四氧化三钴的阴极碳材料活化过硫酸盐强化光电催化降解有机物的方法
CN108328692A (zh) * 2018-01-23 2018-07-27 中国科学院生态环境研究中心 光催化燃料电池体系及光电催化回收贵金属银同时降解有机物的方法
CN109626513A (zh) * 2018-11-27 2019-04-16 大连理工大学 光催化燃料电池与过硫酸盐耦合降解污染物并提高产电的方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
NA LI ETAL.: ""Peroxymonosulfate enhanced antibiotic removal and synchronous"", 《ELECTROCHIMICA ACTA》 *
党聪哲等: "K_2S_2O_8强化g-C_3N_4薄膜电极光电催化降解Cu(CN)_3~(2-)并同步回收Cu", 《环境科学》 *
李蒋等: "Co_3O_4/BiVO_4复合阳极活化过一硫酸盐强化光电催化降解双酚A", 《环境科学》 *

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110526343A (zh) * 2019-09-06 2019-12-03 南昌航空大学 一种电催化耦合高级氧化体系及其应用
CN112452352A (zh) * 2021-01-08 2021-03-09 河南工程学院 石墨化金刚石/石墨相氮化碳复合光催化剂及制备方法
CN113087088A (zh) * 2021-04-20 2021-07-09 合肥工业大学 一种光电催化析氢同步降解水中污染物的方法
CN113087088B (zh) * 2021-04-20 2024-05-28 合肥工业大学 一种光电催化析氢同步降解水中污染物的方法
CN113277594A (zh) * 2021-06-25 2021-08-20 浙江工商大学 一种复合污染物污染废水的处理方法及处理体系
CN113502513A (zh) * 2021-08-12 2021-10-15 辽宁大学 一种利用太阳能直接沉积铜金属的方法
CN113502513B (zh) * 2021-08-12 2023-05-30 辽宁大学 一种利用太阳能直接沉积铜金属的方法
CN113754022A (zh) * 2021-09-13 2021-12-07 广东工业大学 一种含锰离子污水的处理方法
CN113998758A (zh) * 2021-10-08 2022-02-01 东北大学 光电协同石墨相氮化碳活化过硫酸盐降解抗生素的方法
CN114044554A (zh) * 2021-10-08 2022-02-15 东北大学 光电协同强化铁基催化剂活化过硫酸盐降解抗生素的方法
CN114804303A (zh) * 2022-04-25 2022-07-29 上海大学 降解水体有机污染物同时回收重金属离子的***及方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110240221A (zh) 一种光电催化体系及降解有机污染物同时回收贵金属银的方法
Bian et al. Electrochemical removal of amoxicillin using a Cu doped PbO2 electrode: Electrode characterization, operational parameters optimization and degradation mechanism
Alulema-Pullupaxi et al. Fundamentals and applications of photoelectrocatalysis as an efficient process to remove pollutants from water: A review
Qiang et al. Electrochemical generation of hydrogen peroxide from dissolved oxygen in acidic solutions
CN109896598B (zh) 基于碳毡负载铁纳米颗粒的电芬顿阴极材料的制备方法及其在降解水中有机污染物中的应用
Tavares et al. Electrochemical oxidation of methyl red using Ti/Ru0. 3Ti0. 7O2 and Ti/Pt anodes
Martínez-Huitle et al. Applicability of diamond electrode/anode to the electrochemical treatment of a real textile effluent
Alvarez-Gallegos et al. The removal of low level organics via hydrogen peroxide formed in a reticulated vitreous carbon cathode cell, Part 1. The electrosynthesis of hydrogen peroxide in aqueous acidic solutions
Andrade et al. On the performance of Fe and Fe, F doped Ti–Pt/PbO2 electrodes in the electrooxidation of the Blue Reactive 19 dye in simulated textile wastewater
Qiang et al. Electrochemical regeneration of Fe2+ in Fenton oxidation processes
Zhao et al. Photoelectrocatalytic oxidation of Cu-EDTA complex and electrodeposition recovery of Cu in a continuous tubular photoelectrochemical reactor
CN102092820A (zh) 一种双池双效可见光响应光电芬顿去除水中有机物的方法及装置
CN107445244B (zh) 光电催化-氯自由基脱氮方法
Xia et al. An energy-saving production of hydrogen peroxide via oxygen reduction for electro-Fenton using electrochemically modified polyacrylonitrile-based carbon fiber brush cathode
CN108439553B (zh) 一种用于去除水中氯离子的电化学氧化装置
Santos et al. Application of TiO 2-nanotubes/PbO 2 as an anode for the electrochemical elimination of Acid Red 1 dye
CN106277229B (zh) 一种修饰电极电催化氧化处理有机污染物阿特拉津的方法
Jeong et al. Electrochemical oxidation of industrial wastewater with the tube type electrolysis module system
CN104671589A (zh) 一种基于光电催化-自养生物膜的废水脱氮处理方法
CN107973462A (zh) 一种电催化联合光电催化处理生物难降解废水的方法及装置
Xu et al. Dual slant-placed electrodes thin-film photocatalytic reactor: enhanced dye degradation efficiency by self-generated electric field
Bao et al. Application of electrochemical oxidation technology in treating high-salinity organic ammonia-nitrogen wastewater
CN105948221A (zh) 一种印染废水处理装置以及使用该装置处理废水的方法
Brimblecombe et al. Photocatalytic oxygen evolution from non-potable water by a bioinspired molecular water oxidation catalyst
CN105110554A (zh) 一种耦合（光）催化与mfc去除水中硝酸盐氮的***

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190917