[发明专利]一种光催化臭氧化去除水中有机物的方法

说明书

技术领域

本发明属于水处理技术领域，尤其涉及一种通过自制Fe掺杂纳米管TiO₂，提高光催化臭氧化对水中有机污染物去除率的方法。

背景技术

近年来，由于工农业废水和生活污水大量排放，湖泊、水库等水体有机物含量增高，水污染严重。自2007年7月1日起，新《生活饮用水卫生标准》开始实施，该标准加强了对水质有机物、微生物和水质消毒等方面的要求，饮用水水质指标由原标准的35项增至106项。新标准明确规定，生活饮用水必须保证流行病学安全；水中所含化学物质和放射性物质不得对人体健康产生危害，不得产生急性或慢性中毒及潜在的远期危害（致癌、致畸、致突变）；生活饮用水必须确保感官性状良好，能被饮用者接受。

臭氧作为一种强氧化剂，对腐植酸的处理有一定作用。光催化臭氧化技术可以产生具有极强的氧化能力的活性羟基自由基（·OH），是一种高效的污染物去除方法，对多种污染物都有很好的去除效果。光催化剂中，以TiO₂最为常见。TiO₂光催化法具有如下优点：常温常压下即可催化降解有机物；对污染物选择性低，分解彻底，不产生二次污染；可去除低浓度有机污染物；颗粒比表面积大，吸附点位多，对污染物去除率高。此外，TiO₂本身不具毒性，价格低廉，具有较强的抗腐蚀能力，广泛应用于水处理领域。纳米管TiO₂的比表面积较TiO₂粉末大，可提供更多的污染物吸附点位，并为电子-空穴对分离提供更大的面积。然而，TiO₂的禁带宽度较宽，光反应中电子与空穴较易复合，从而抑制了TiO₂的光催化性能。向纳米管TiO₂中掺杂金属离子，则能够有效改变TiO₂纳米管的光催化效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种方法简单，价格低廉，对污染物选择性低，分解彻底，不产生二次污染的光催化臭氧化去除水中有机物的方法，从而提高对水中有机物的处理效果。具体包括以下步骤：

1）提供含有有机物污染物的原水；

2）提供一光催化臭氧化水处理装置，包括制氧机（1）、臭氧发生器（2）和臭氧接触柱（5），制氧机与臭氧发生器相连，臭氧发生器的出气口和臭氧接触柱底部的进气口（3）连接，所述臭氧接触柱呈圆柱状，紫外灯（4）位于臭氧接触柱中央，臭氧接触柱底部设置有微孔曝气板，臭氧接触柱上还设有取样口；

3）首先向所述臭氧接触柱加入TiO₂纳米管光催化剂，确保其浓度为0.1g/L，然后打开制氧机及臭氧发生器，曝气30min后将所述含有有机物污染物的原水导入臭氧接触柱；

4）每隔2min通过取样口取样，加入Na₂S₂O₃溶液，震荡后用0.45μm微孔滤膜过滤，以去除水中的TiO₂颗粒，过滤后的样品用紫外-可见分光光度计测定254nm处的吸光度。

5）通过测定吸光度计算出有机污染物的去除率。

进一步地，所述有机物污染物为腐植酸。

进一步地，，所述TiO₂纳米管光催化剂为Fe掺杂TiO₂纳米管光催化剂，其由以下步骤制备：

将P-25TiO₂粉末及Fe(NO₃)₃·9H₂O加入到NaOH溶液中，Fe摩尔掺杂量为1%，磁力搅拌0.5h，移入聚四氟乙烯烧杯中，105℃反应24h，取出冷却至室温，蒸馏水洗涤至中性，用0.1mol/L盐酸浸泡0.5h，再次洗涤至中性，60℃烘干，在马弗炉内以500℃-550℃煅烧2h，研磨得到Fe掺杂TiO₂纳米管光催化剂。

进一步地，所述Fe掺杂TiO₂纳米管光催化剂中Fe摩尔掺杂量为1%。

进一步地，所述Fe掺杂TiO₂纳米管光催化剂的比表面积为141m²/g-118m²/g。

进一步地，所述马弗炉内以550℃进行煅烧。

进一步地，腐植酸的去除率为71.50%-79.50%。

本发明的优点在于：

1）催化剂本身不具毒性，价格低廉，具有较强的抗腐蚀能力，对污染物催化效率高。