[发明专利]N/TiO2纳米管阵列的制备方法及光催化降解制糖废水的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种N/TiO₂纳米管阵列的制备方法及光催化降解制糖废水的应用。

背景技术

制糖工业是我国重要行业之一，同时制糖生产中产生大量有机物废水，该废水中有机物浓度、COD和BOD都较高，并且在生产过程中COD浓度、BOD浓度高低不稳。废水一旦排放到河流中就会造成水体严重污染，甚至会污染地下水，造成水资源缺乏。目前我国多数糖厂一般采用好氧法，例如生物接触氧化法、活性污泥法、氧化沟法等等，但好氧法具有能源消耗大、水力负荷小、生物膜易脱落等缺点。如今厌氧法也得到应用，与好氧法相比有所提高，但此方法具有工艺复杂、成本高、处理周期长等缺点。而纳米二氧化钛具有较高的化学活性、比表面积大、成本低廉、无毒、稳定性高等优点，因此，在废水处理中得到广泛应用。二氧化钛纳米管阵列与纳米二氧化钛粉末相比，其制备工艺简单、条件易控制、不产生二次污染。所以，二氧化钛纳米管阵列在废水处理方面具有更强的优势。但由于纳米TiO₂的禁带宽度较宽（约3.2eV）,因此只在λ＜380nm的紫外光区具有光催化活性，导致光催化效率不高。而非金属离子的掺杂可以有效减小TiO₂带隙，从而使纳米TiO₂的光催化性能得到显著提高。利用超声法制备的N/TiO₂纳米管阵列并成功应用于光催化降解制糖废水的研究未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种用超声法制备的N/TiO₂纳米管阵列并将其应用于光催化降解制糖废水。

N/TiO₂纳米管阵列的制备方法具体步骤为：

（1）以钛片为基底利用阳极氧化法在其表面制备出均匀有序的TiO₂纳米管阵列，然后立即将其从电解液中取出，用大量的去离子水冲洗；待其自然干燥后放入马弗炉中，在500℃下煅烧2小时，冷却至室温得TiO₂纳米管阵列。

（2）将步骤（1）制得的TiO₂纳米管阵列放入浓度为0.005mol/L~0.03mol/L尿素溶液中，在超声条件下浸泡6分钟，然后用去离子水冲洗其表面，晾干后得到N/TiO₂纳米管阵列。

将N/TiO₂纳米管阵列放入制糖废水中，用NaOH溶液将废水的pH值调节到12.4～13.2，经紫外灯（λ=253.7nm）照射25～30小时，实现对制糖废水的光催化降解的应用。

本发明与其它相关技术相比，最显著的特点是N/TiO₂纳米管阵列制备工艺简便、无污染，并且成功地应用于光催化降解制糖废水，从而大大提高了处理制糖废水的效率，降低了相关成本及处理时间。

具体实施方式

实施例1：

（1）采用尺寸为1cm×5cm×1mm的钛片作为基底利用阳极氧化法在其表面制备出均匀有序的TiO₂纳米管阵列；将其冲洗、晾干后放入马弗炉中，在500℃下煅烧2小时，冷却至室温取出。

（2）将步骤（1）制得的TiO₂纳米管阵列放入0.015mol/L尿素溶液中，在超声条件下浸泡6分钟，然后用去离子水冲洗其表面，自然晾干后得到N/TiO₂纳米管阵列。

将N/TiO₂纳米管阵列放入25mL制糖废水中，用NaOH溶液将废水的pH值调节到12.4，经紫外灯（λ=253.7nm）照射25小时，COD降解率达到73.47%。光照30小时，COD降解率达到79.51%。

实施例2：

（1）采用尺寸为1cm×5cm×1mm的钛片作为基底利用阳极氧化法在其表面制备出均匀有序的TiO₂纳米管阵列；将其冲洗、晾干后放入马弗炉中，在500℃下煅烧2小时，冷却至室温取出。

（2）将步骤（1）制得的TiO₂纳米管阵列放入0.02mol/L尿素溶液中，在超声条件下浸泡6分钟，然后用去离子水冲洗其表面，自然晾干后得到N/TiO₂纳米管阵列。

将N/TiO₂纳米管阵列放入25mL制糖废水中，用NaOH溶液将废水的pH值调节到12.8，经紫外灯（λ=253.7nm）照射25小时，COD降解率达到81.88%。光照30小时，COD降解率达到86.74%。

实施例3：