[发明专利]一种氮化碳/α型氧化铁催化剂、光电辅助类芬顿体系及其在有机废水处理中的应用

说明书

本发明公开了一种氮化碳/α型氧化铁异质结催化剂，并将该催化剂与可见光、低电压生物电、过硫酸盐结合构建光电辅助类芬顿体系，用于处理有机废水。本发明制备的氮化碳/α型氧化铁催化剂具有可见光响应、金属溶出低等优点，将其与光源和生物电活化体系结合形成以氮化碳/α型氧化铁为催化剂的光电辅助类芬顿体系并应用于处理有机废水中难降解有机污染物，可表现出处理效率高、能耗低、系统操作管理方便等优点，为有机废水处理技术提供了一条全新思路。

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种氮化碳/α型氧化铁催化剂、光电辅助类芬顿体系及其在有机废水处理中的应用。

背景技术

双酚A被广泛用于制造塑料(奶)瓶、幼儿用的吸口杯、食品和饮料(奶粉)罐内侧涂层等，在食品、饮用水、水生动物和人体中均检测到双酚A的存在。双酚A是一种内分泌干扰物，可引起性早熟(特别是早期暴露)和肥胖等，通过城市污水处理厂处理后，出水中即便是低剂量的双酚A(μg/L～mg/L级)排入受纳水体后仍存在公众健康风险。另一方面，双酚A性质稳定，传统的吸附和生物处理往往比较耗时，导致污水停留时间长，系统处理效率低下等问题。

基于硫酸根自由基的高级氧化技术通过产生高活性的硫酸根自由基和羟基自由基，氧化降解有机污染物，从而实现对难降解有机废水的处理。在该技术中，催化剂是影响体系处理效能的主要因素，其中非均相催化剂因具有便于分离、可循环利用的优点使其应用范围更广泛。另外，光和电可作为辅助手段引入到基于硫酸根自由基的高级氧化技术中，可进一步提高该技术的处理效率，但是，如果引入紫外光并外加电源将会大大增加整个体系的能耗，不利于其在实践中推广。

微生物燃料电池是利用产电菌的厌氧代谢将化学能转化为电能，被认为是一种十分具有发展前景的可持续绿色产电技术，但目前还面临产电效率低和放大成本高等瓶颈问题。因此，在这些瓶颈问题没有得到解决之前，进一步拓宽低成本低电压的微生物燃料电池的应用范围就显得非常必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种氮化碳/α型氧化铁催化剂，它具有催化活性高、金属溶出低等优点，且涉及的制备方法、制备成本低；将其应用于构建光电辅助类芬顿体系并进行有机废水处理，可表现出优异的有机污染物降解性能和能耗效益，为有机废水处理技术提供了一条全新思路。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种氮化碳/α型氧化铁催化剂，其制备方法包括如下步骤：

1)将无机铁盐均匀溶解于有机溶剂中，然后加入含氮前驱体，混合均匀得混合液；

2)将所得混合液进行干燥，然后进行煅烧处理，降至室温后，进行研磨，得所述氮化碳/α型氧化铁催化剂。

上述方案中，所述有机溶剂可选用N,N-二甲基甲酰胺或乙醇等。

上述方案中，所述无机铁盐可选用硝酸铁、氯化铁或硫酸铁等。

上述方案中，所述含氮前驱体可选用三聚氰胺或尿素等。

上述方案中，所述无机铁盐与含氮前驱体的摩尔比为1:(4～20)。

上述方案中，所述干燥温度为60～90℃。

上述方案中，所述煅烧处理步骤为：以3～10℃/min的速度升温至500～550℃保温2～4h。

本发明的另一目的是提供一种以氮化碳/α型氧化铁为催化剂的光电辅助类芬顿体系，它包括过硫酸盐、催化剂和催化剂活化体系；所述催化剂为氮化碳/α型氧化铁，催化剂活化体系由光源提供可见光、单室微生物燃料电池提供生物电。

上述方案中，所述过硫酸盐可选用过二硫酸盐等。

上述方案中，可见光可选用LED等作为光源。

优选地，所述可见光的波长为380～460nm。