申请日2015.10.08
公开(公告)日2015.12.30
IPC分类号C02F1/30; C02F103/36; B01J23/30
摘要
本发明涉及一种加速电厂锅炉柠檬酸酸洗废水光降解速率的方法，利用阳极氧化法制备TiO2纳米管阵列，然后再利用化学浴沉积法制备WO3-TiO2改性TiO2纳米管阵列光催化剂，然后加入电厂锅炉柠檬酸酸洗废水，将WO3-TiO2改性TiO2纳米管阵列光催化剂和Pt片置于废水中并通过导线连接，不施加外部电压，利用可见光对废水进行光照处理，加速电厂锅炉柠檬酸酸洗废水光降解速率。与现有技术相比，本发明有效地克服了光生电子与空穴的复合问题，使得光催化剂对电厂锅炉柠檬酸酸洗废水的光催化活性得以大幅度提高。
权利要求书
1.一种加速电厂锅炉柠檬酸酸洗废水光降解速率的方法，利用阳极氧化法制 备TiO2纳米管阵列，然后再利用化学浴沉积法制备WO3-TiO2改性TiO2纳米管阵 列光催化剂，其特征在于，
加入电厂锅炉柠檬酸酸洗废水，将WO3-TiO2改性TiO2纳米管阵列光催化剂和 Pt片置于废水中并通过导线连接，不需要外加电压，利用可见光对废水进行光照 处理，加速电厂锅炉柠檬酸酸洗废水光降解速率。
2.根据权利要求1所述的一种加速电厂锅炉柠檬酸酸洗废水光降解速率的方 法，其特征在于，利用可见光对废水进行光照处理时，光源为PLSSXE300C，光 照时间60～180min，电流强度为11.0～20.0A，光照强度为0.75～1.40×103W/m2。
3.根据权利要求2所述的一种加速电厂锅炉柠檬酸酸洗废水光降解速率的方 法，其特征在于，光照时间优选120min，电流强度优选17.0A，光照强度优选1.18 ×103W/m2。
4.根据权利要求1所述的一种加速电厂锅炉柠檬酸酸洗废水光降解速率的方 法，其特征在于，利用可见光对废水进行光照处理时，还向电解液中加入浓度为 0.2M的硫酸钠。
5.根据权利要求4所述的一种加速电厂锅炉柠檬酸酸洗废水光降解速率的方 法，其特征在于，利用可见光对废水进行光照处理时，光源为PLSSXE300C，光 照时间60～180min，电流强度为11.0～20.0A，光照强度为0.75～1.40×103W/m2。
6.根据权利要求5所述的一种加速电厂锅炉柠檬酸酸洗废水光降解速率的方 法，其特征在于，光照时间优选120min，电流强度优选17.0A，光照强度优选1.18 ×103W/m2。
说明书
一种加速电厂锅炉柠檬酸酸洗废水光降解速率的方法
技术领域
本发明涉及光化学催化领域，尤其是涉及一种加速电厂锅炉柠檬酸酸洗废水 光降解速率的方法。
背景技术
能源与环境一直是关系人类生存与发展的重要课题，工业的迅猛发展对电力的 需求量也日益剧增，我国现在电力供应仍以火电为主。作为火力发电的重要部分， 电厂锅炉每3～4年需要清洗一次，以提高锅炉的工作效率及使用寿命。柠檬酸是一 种易溶于水的有机酸，因其腐蚀性小、毒性小、易保存运输等优点常常用于电厂锅 炉的化学清洗。产生的电厂锅炉柠檬酸酸洗废水往往具有极强的酸性、CODCr值上 万mg/L。目前，对这类废水的处理方法有化学氧化法、焚烧法、生化法和反渗透。 这些处理方法中，各方法较少单独使用，一般都与其他处理工艺联合使用。
光催化氧化法是近年来发展起来的一种高级氧化技术，是通过光催化剂在光照 下产生的一系列光生载流子的传递而产生具有强氧化性的HO·来氧化有机污染 物。该方法具有绿色、高效、污染物降解彻底、无二次污染等优点，在环保领域的 应用引起了人们的极大兴趣。其主要问题是在光催化反应过程中，会光生电子与空 穴的复合，从而降低了其氧化能力。
中国专利CN103130368A公开了一种快速降解电厂柠檬酸锅炉清洗废水的处 理方法，包括以下步骤：向电厂柠檬酸锅炉清洗废水中加入吸附饱和的活性炭;调 节电厂柠檬酸锅炉清洗废水的pH值为3.00～3.10;将调节好pH值的电厂柠檬酸 锅炉清洗废水置于太阳光照下，并以200～300r/min的转速搅拌;逐滴向电厂柠檬 酸锅炉清洗废水中缓慢加入30wt%的过氧化氢;每隔1h测定电厂柠檬酸锅炉清洗 废水的pH值并将其调节至3.60～3.80;电厂柠檬酸锅炉清洗废水的C0DCr在光照 4～8h后下降45～55%，电厂柠檬酸锅炉清洗废水得到快速降解。该专利是通过向 废水中滴加过氧化氢来对废水进行处理。但是该方法需逐滴加入过氧化氢，操作繁 琐，且方法没有创新性。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种加速电厂锅 炉柠檬酸酸洗废水光降解速率的方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种加速电厂锅炉柠檬酸酸洗废水光降解速率的方法，利用阳极氧化法制备 TiO2纳米管阵列光催化剂，然后再利用化学浴沉积法制备WO3-TiO2改性TiO2纳米 管阵列光催化剂，然后加入电厂锅炉柠檬酸酸洗废水，将WO3-TiO2改性TiO2纳米 管阵列光催化剂和Pt片置于废水中并通过导线连接，不外加电压，利用可见光对 废水进行光照处理，加速电厂锅炉柠檬酸酸洗废水光降解速率。
利用可见光对废水进行光照处理时，光源为PLSSXE300C，光照时间 60～180min，电流强度为11.0～20.0A，光照强度为0.75～1.40×103W/m2。
优选地，光照时间为120min，电流强度为17.0A，光照强度为1.18×103W/m2。
利用可见光对废水进行光照处理时，还向电解液中加入浓度为0.2M的硫酸钠， 此时采用的光源为PLSSXE300C，光照时间60～180min，电流强度为11.0～20.0A， 光照强度为0.75～1.40×103W/m2。
优选地，光照时间为120min，电流强度为17.0A，光照强度为1.18×103W/m2。
与现有技术相比，本发明利用新型光催化体系加速电厂锅炉柠檬酸酸洗废水光 降解速率的机理是：TiO2具有较好的光催化活性，TiO2的外层具有特殊的电子结 构，它的能带结构通常是由一个充满电子的低能价带和一个空的高能价带构成。这 两个能带之间的区域称为禁带，当具有大于该带隙能的光照射时，价带上的电子会 跃迁到导带上，从而形成空穴/电子对，所产生的h+将吸附在TiO2颗粒表面的OH-和H2O分子氧化成·OH。·OH为强氧化剂，能够氧化电厂锅炉柠檬酸酸洗废水。 但在光催化反应过程中，光生电子与空穴的复合问题在很大程度上影响了其氧化能 力。
在WO3-TiO2复合体系中，TiO2是一种n型半导体，禁带能为3.2eV，被激发 时产生的光生电子(e-)的密度远远大于空穴(h+)的密度，光生载流子主要为e-; WO3是一种p型半导体，禁带能为2.8eV，被激发时产生的空穴(h+)密度远大于 光生电子(e-)的密度，光生载流子主要为h+。WO3的价带(VB)和导带(VB) 位置均位于TiO2的能带位置之上，当复合体系受到激发光照射时，由于所处能级 的能量差异，WO3价带上的h+向TiO2的价带迁移;同时，TiO2产生的电子跃迁至 TiO2的导带之后向WO3的导带上迁移。这使得复合体系产生的电子/空穴对(e-/h+) 得以有效地分离。而管式形貌的TiO2具有更大的比表面积和更强的吸附能力;其 独特的中空管式结构能够为光生电子的传输提供通道，一定程度上也可以减小了光 生电子空穴的复合几率，提高了催化活性。
WO3-TiO2改性TiO2纳米管阵列与Pt片相连后，由于体系内电势差的存在，驱 动光生电子从光阳极通过外电路迁移至Pt片，有效地克服了光生电子与空穴的复 合问题，使得光催化剂对电厂锅炉柠檬酸酸洗废水的光催化活性得以大幅度提高。
通过加入硫酸钠溶液，插入WO3-TiO2改性TiO2纳米管阵列与Pt片，并用导 线连接WO3-TiO2改性TiO2纳米管阵列光催化剂与Pt片，并且结合本申请采用的 可见光、光照时间、强度，可以大幅度提高废水降解速率。