申请日2017.03.14
公开(公告)日2017.06.20
IPC分类号C02F1/30; C02F1/72; C02F1/74; C02F101/34; C02F101/38; C02F103/30
摘要
本发明公开了一种光催化降解罗丹明B染料废水的处理方法，包括以下步骤：将氮化硼‑钨酸铋复合光催化剂添加到浓度为15mg/L～25mg/L罗丹明B染料废水中，氮化硼‑钨酸铋复合光催化剂与罗丹明B染料废水的比值为40g～60g∶100L，在400W～600W的氙灯下进行光催化反应，氙灯与所述罗丹明B染料废水的液面距离为18cm～22cm，完成对有机污染物的降解。所述氮化硼‑钨酸铋复合光催化剂由以下方法制得：将酸铋前驱体溶液加入到碳十硼烷的四氢呋喃溶液中，在4，4′‑联吡啶的存在下和水热环境下，进行配位聚合反应，将所得配位聚合物进行高温热处理。该处理方法具有操作简单、成本低廉、降解效率高等优点。
摘要附图
权利要求书
1.一种光催化降解罗丹明B染料废水的处理方法，包括以下步骤：
将氮化硼-钨酸铋复合光催化剂添加到浓度为15mg/L～25mg/L罗丹明B染料废水中，氮化硼-钨酸铋复合光催化剂与罗丹明B染料废水的比值为40g～60g∶100L，在400W～600W的氙灯下进行光催化反应，氙灯与所述罗丹明B染料废水的液面距离为18cm～22cm，完成对有机污染物的降解;
所述氮化硼-钨酸铋复合光催化剂由以下方法制得：
(1)将碳十硼烷溶于四氢呋喃中，得到碳十硼烷的四氢呋喃溶液;
(2)将五水硝酸铋和二水钨酸钠溶于乙二醇中，得到钨酸铋前驱体溶液;磁力搅拌下将酸铋前驱体溶液加入步骤(1)所得的碳十硼烷的四氢呋喃溶液中，混合均匀后再加入4，4′-联吡啶，磁力搅拌30min～60min，得到混合溶液，将所得混合溶液转入水热反应釜中，进行配位聚合反应，温度为150℃～180℃，时间为90h～96h，反应完毕后离心，将沉淀物洗涤、干燥，得到配位聚合物;
(3)将步骤(2)所得的配位聚合物进行高温热处理，温度为600℃～650℃，时间为2.5h～3.5h，得到降解有机染料的氮化硼-钨酸铋复合光催化剂。
2.根据权利要求1所述的光催化降解罗丹明B染料废水的处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述碳十硼烷的四氢呋喃溶液中碳十硼烷的浓度为0.05mol/L～0.1mol/L。
3.根据权利要求1所述的光催化降解罗丹明B染料废水的处理方法，其特征在于，所述钨酸铋前驱体溶液中，硝酸铋的浓度为0.2mol/L～1mol/L，钨酸钠的浓度为0.1mol/L～0.5mol/L。
4.根据权利要求3所述的光催化降解罗丹明B染料废水的处理方法，其特征在于，所述钨酸铋前驱体溶液中，硝酸铋与钨酸钠的摩尔比为2∶1。
5.根据权利要求1所述的光催化降解罗丹明B染料废水的处理方法，其特征在于，所述钨酸铋前驱体溶液和碳十硼烷的四氢呋喃溶液的体积比为1∶1。
6.根据权利要求1～5任一项所述的光催化降解罗丹明B染料废水的处理方法，其特征在于，所述步骤(2)中，采用乙醇对沉淀物进行洗涤，在温度为45℃～65℃的环境下干燥6h～10h。
说明书
一种光催化降解罗丹明B染料废水的处理方法
技术领域
本发明涉及有机染料废水处理技术领域，尤其涉及一种光催化降解罗丹明B染料废水的处理方法。
背景技术
在纺织印染加工过程中，大量使用了污染环境和对人体有害的助剂，这些助剂大多以液体的形态排放，不可避免地进入水环境，造成水体污染。如罗丹明B染料具有致癌和致突变性，该类废水色度深、有机污染物含量高、生物降解性差，用常规的方法如物理吸附法、芬顿法等难以治理，导致污染水质长期恶化，严重危害水体环境和人类的健康，因此对该类废水的降解处理显得十分重要和紧迫。
光催化是一项利用自然界存在的光能转换成为化学反应所需的能量，来产生催化作用的技术，通过这种手段来分解对人体和环境有害的有机物质，同时不会造成资源的浪费与附加污染的形成。大量研究表明，几乎所有的有机污染物都能被有效地光催化降解、脱色、矿化为无机小分子物质，从而消除对环境的污染和危害，因此，光催化降解已逐步成为有机物污染治理领域的研究热点之一。目前，在光催化领域应用最广泛的是紫外光激发的TiO2基光催化剂，但是由于其带隙较宽(3.2eV)，仅在紫外光范围有响应，在可见光范围内并不具有催化活性，而紫外光在照射到地球表面的太阳光中的比例不到5%，而太阳光能量主要集中在400-700nm的可见光范围，因而TiO2基光催化剂在使用过程中对太阳光的利用率较低，这大大限制了这类催化剂的实际应用。因此，开发新型可见光响应光催化剂是提高太能利用率，降低成本，拓宽光催化技术的应用范围，最终实现光催化技术产业化应用的关键。
可见光催化剂的开发主要存在两种思路：一是对TiO2光催化剂的修饰改性，如引入金属元素Fe、Co、Ce等及非金属元素N、C、F等能够拓展TiO2的吸收波长至可见光范围，但其光吸收较弱，催化活性普遍较低，且存在掺杂元素流失等失活问题。二是开发新型窄带半导体光催化剂。近年来，制备了多种新型可见光活性光催化剂，作为可见光催化剂的典型代表钨酸铋，具有较窄的禁带宽度(约2.7电子伏特)，能在可见光下具有较高的催化活性，因而成为了新型光催化剂的研究热点。研究表明：钨酸铋光催化剂在可见光下可将罗丹明B完全分解，显示出优异的可见光活性。然而，钨酸铋的氧化能力及光催化效率与发展成熟的TiO2体系相比仍有一定的差距，其光催化效率及太阳光的利用率都不高。研究表明，光生载流子在传输过程中的复合是其光催化效率不够高的主要原因，而将不同能带结构光催化剂与钨酸铋有效复合以后，在微电场的作用下，光生载流子将向不同的方向迁移，有效地分离开从而可降低复合的机率，提高光催化体系的催化氧化能力，从而提高光催化效率。目前Bi2WO6基复合光催化剂还处于研究起步阶段，选择不同的能带结构光催化剂与Bi2WO6复合、复合后的光催化剂的比表面积、粒径大小、组分之间的结合能力等均影响其光催化效率，开发和开展新型Bi2WO6基复合光催化剂的合成研究是很有必要的。其开发思路主要有两个方面，一是与不同能带结构光催化剂复合，开发新型Bi2WO6基复合光催化剂;二是开展提高现有的Bi2WO6基复合光催化剂的比表面积的研究，这是由于光催化剂的比表面积对于催化作用来说，有着至关重要的作用，高比表面积可以为吸附污染物提供更多的活性位点，有助于光催化。目前研究热点集中在新型Bi2WO6基复合光催化剂的开发，而开发新的制备方法以提高现有Bi2WO6基复合光催化剂的比表面积的研究较少。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种操作简单、成本低廉、降解效率高的光催化降解罗丹明B染料废水的处理方法，解决了现有的钨酸铋基复合光催化剂比表面积不高、光催化活性位点少、组分之间结合能力弱从而导致光催化降解罗丹明B效率低的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种光催化降解罗丹明B染料废水的处理方法，包括以下步骤：
将氮化硼-钨酸铋复合光催化剂添加到浓度为15mg/L～25mg/L罗丹明B染料废水中，氮化硼-钨酸铋复合光催化剂与罗丹明B染料废水的比值为40g～60g∶100L，在400W～600W的氙灯下进行光催化反应，氙灯与所述罗丹明B染料废水的液面距离为18cm～22cm，完成对有机污染物的降解;
所述氮化硼-钨酸铋复合光催化剂由以下方法制得：
(1)将碳十硼烷溶于四氢呋喃中，得到碳十硼烷的四氢呋喃溶液;
(2)将五水硝酸铋和二水钨酸钠溶于乙二醇中，得到钨酸铋前驱体溶液;磁力搅拌下将酸铋前驱体溶液加入步骤(1)所得的碳十硼烷的四氢呋喃溶液中，混合均匀后再加入4，4′-联吡啶，磁力搅拌30min～60min，得到混合溶液，将所得混合溶液转入水热反应釜中，进行配位聚合反应，温度为150℃～180℃，时间为90h～96h，反应完毕后离心，将沉淀物洗涤、干燥，得到配位聚合物;
(3)将步骤(2)所得的配位聚合物进行高温热处理，温度为600℃～650℃，时间为2.5h～3.5h，得到降解有机染料的氮化硼-钨酸铋复合光催化剂。
优选地，所述步骤(1)中，所述碳十硼烷的四氢呋喃溶液中碳十硼烷的浓度为0.05mol/L～0.1mol/L。
优选地，所述钨酸铋前驱体溶液中，硝酸铋的浓度为0.2mol/L～1mol/L，钨酸钠的浓度为0.1mol/L～0.5mol/L。
优选地，所述钨酸铋前驱体溶液中，硝酸铋与钨酸钠的摩尔比为2∶1。
优选地，所述钨酸铋前驱体溶液和碳十硼烷的四氢呋喃溶液的体积比为1∶1。
优选地，所述步骤(2)中，采用乙醇对沉淀物进行洗涤，在温度为45℃～65℃的环境下干燥6h～10h。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明光催化降解罗丹明B染料废水的处理方法，采用氮化硼-钨酸铋复合光催化剂在400W～600W的可见光下对罗丹明B进行降解，由于采用的氮化硼-钨酸铋复合光催化剂为通过配合物将碳十硼烷、金属离子铋和钨聚合成的复杂配位聚合物经热处理后形成，为纳米级尺寸，具有高的比表面积，可以为吸附污染物提供更多的活性位点，且氮化硼与钨酸铋的结合力更强，从而具有高的光催化活性和光催化稳定性，因而本发明的处理方法对罗丹明B的去除率高，可达75%以上。
2、本发明的处理方法操作简单，反应条件容易控制、成本低廉，具有潜在的工业化应用前景。