[发明专利]光催化氧化处理高浓度有机工业废水

说明书

技术领域

本发明涉及的是制备以二氧化钛为主体的负载型纳米复合光催化剂及其应用工艺。其中采用共沉淀结合溶胶-凝胶的方法，重点通过二氧化钛在不同载体上的负载和掺杂不同元素进行改性，制备出粒径为5～40nm的纳米复合光催化剂，不但提高了光催化活性，也减少光生电子和空穴的复合程度。该催化剂可在水处理装置(见说明书附图1)中，分别或同时采用紫外光和可见光的照射条件，有效的降解有机污染物，是新一代环境友好型催化剂。该光催化剂克服了目前光催化技术只能用于降解10～3000mg/L低浓度有机工业废水的缺点，如专利“太阳光照射下催化氧化降解有机物负载型纳米复合光催化剂的制备”，申请号：2005100830380；专利“一种光催化降解有机污染物的方法及其专用固相光催化剂”，申请号：200510064496.X。本发明催化剂不但可用于降解低浓度有机工业废水，还可用于降解COD值为10000～40000mg/L的高浓度有机工业废水，并通过反应新工艺，不但完成了对催化剂的回收再利用，且可将废水COD值降到国家工业废水排放标准100mg/L以下。

技术背景

随着工业的发展，工业废水的数量日益增多，成分也日趋复杂，而工业废水最后的出路通常有两个，即灌溉农田或排入水体，对大量的工业废水若不能很好的处理，势必将引起对水体的严重污染危害环境。所以必须在排放前应加以适当处理，使其达到国家颁布的污水排放标准。

现代工业废水的处理方法主要分为物理处理法、化学处理法及生物处理法三类。

物理处理法是指通过物理作用分离、回收废水中不溶解的悬浮状态污染物包括油膜和油珠的方法，可分为重力分离法、离心分离法和筛滤截留法等。

化学处理法是指通过化学反应和传质作用来分离，去除废水中呈溶解、胶体状态污染物或将其转化为无害物质的方法。在化学处理中以投加药剂产生化学反应为基础的单元有混凝、中和、氧化还原等；而以传质作用为基础的处理单元有萃取、汽提、吹脱、吸附、离子交换及电渗析和反渗透等。运用传质作用的处理既有化学作用又有于之相关的物理作用，所以也可以从化学分离法中分出来，成为另一类处理法，即为物理化学处理法。

生物处理法通过微生物的代谢作用，使废水中呈溶解、胶体以及微细悬浮状态的有机污染物转化为稳定、无害的物质的方法。根据微生物的不同，生物处理法又可分为好氧生物处理和厌氧生物处理。废水生物处理广泛使用的是好氧生物处理法。按传统，好氧生物处理法又分为活性污泥法和生物膜法。厌氧生物处理法又名生物还原处理法，主要用于处理高浓度的有机废水和污泥。

废水中的污染是多种多样的，用一种处理单元往往难以把所有的污染物除尽，通常需要通过有几种方法和几个处理单元组成的处理系统处理后，才能达到要求。

最近几十年来，一种降解有机污染物的新方法-半导体光催化氧化法，受到了科研工作者的重视，各国投入了大量的人力、物力展开了对半导体光催化技术的基础理论和应用基础的研究。

负载型半导体光催化技术的关键问题是：在光照的条件下，半导体能产生光生电子和空穴，而光激发电子与光生高能空穴可在10⁹秒内复合而失去活性。因此如何快速捕获光激发电子，使其与高能空穴有效分离以减少复合对提高半导体光催化降解有机污染物的效率是非常重要的。同时为了有效利用太阳能提高光催化活性，本研究所通过掺杂锡、铁、锌、铈、钼、银、铂、锰、钨、硅、钒、锆、铝、铜、镉元素制备了负载型高分散纳米复合光催化剂。通过掺杂元素，活性组分降低了光生电子与空穴的复合，并使光激发范围由紫外光向可见光移动，充分利用了绿色无污染的太阳能。通过载体达到催化活性组分高分散，粒径在5～40nm，同时也提高了光催化活性。本申请开创了一种全新的稳定、牢固、高效的负载型纳米复合二氧化钛光催化剂及其使用新工艺，研制出能分别或同时在紫外光和太阳光照射条件下具有高活性的多功能光催化剂，同时也建立了催化氧化降解有机工业废水的新工艺。

发明内容

本发明采用共沉淀结合溶胶凝胶的方法使TiO₂与掺杂元素负载到载体上，制备出一种新型催化剂，其目的是为了得到粒径小、分散度高、比表面积大、热稳定性好、催化活性高的可分别或同时在紫外光和可见光条件下具有高效光激发的负载型纳米复合光催化剂。该催化剂在自行设计的水处理工艺条件下，可将浓度为10000mg/L～40000mg/L的有机工业废水COD值降至国家排放标准100mg/L以下。

本发明的优势主要在于：