• / 10
  • 下載費用:30 金幣  

一種旋轉盤反應器中改性TIO2催化劑降解含酚廢水的方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201610010660.7

申請日:

2016.01.08

公開號:

CN105481079A

公開日:

2016.04.13

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):C02F 1/72申請日:20160108|||公開
IPC分類號: C02F1/72; C02F1/32; C02F101/34(2006.01)N 主分類號: C02F1/72
申請人: 中北大學
發明人: 劉有智; 張世光; 張巧玲; 羅瑩; 魏冰; 栗秀萍; 申紅艷; 高璟; 祁貴生; 焦緯洲
地址: 030051山西省太原市尖草坪區學院路3號
優先權:
專利代理機構: 太原市科瑞達專利代理有限公司14101 代理人: 申艷玲
PDF完整版下載: PDF下載
法律狀態
申請(專利)號:

CN201610010660.7

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2018.06.05|||2016.05.11|||2016.04.13

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種旋轉盤反應器中改性TiO2催化劑降解含酚廢水的方法,包括以下步驟:(1)催化劑原位摻雜改性制備改性催化劑溶膠;(2)催化劑負載;(3)均勻光源的設計及安裝;(4)降解含酚廢水。本發明采用溶膠-凝膠法對催化劑的制備、離子摻雜改性以及負載一次性完成,并將這一技術應用到旋轉盤反應器上,使二者的優勢相結合,以提高苯酚廢水的光催化降解效率。

權利要求書

1.一種旋轉盤反應器中改性TiO2催化劑降解含酚廢水的方法,其特征在于:包括以下步
驟:
(1)催化劑原位摻雜改性制備改性催化劑溶膠:
取原料鈦酸酯類50~200mL,溶劑100~850mL,抑制劑3~80mL,去離子水2.5~30mL,催化劑
1~5mL以及改性離子,先將原料與溶劑總量的2/3混合,再加入抑制劑,組成A液;將水、催化
劑、改性離子、溶劑總量的1/3混合均勻組成B液;A液攪拌均勻后,逐滴滴加B液,滴加結束后
繼續攪拌0.5~2h,制得改性催化劑溶膠;
所述原料鈦酸酯類為鈦酸丁酯、鈦酸四異丁酯、鈦酸乙酯中的任一種,溶劑為乙醇或異
丙醇,抑制劑為冰醋酸、乙酰丙酮、二乙醇胺、三乙醇胺中的任一種,催化劑為鹽酸、硝酸或
醋酸中的任一種;
(2)催化劑負載:
步驟(1)所制得的溶膠陳化一天后即可進行催化劑的負載;
催化劑的負載過程分為浸漬和焙燒:
①浸漬:
以轉盤反應器中的轉盤為載體,采用浸漬法負載:將轉盤經酸洗、堿洗、超聲過程處理、
晾干后浸入溶膠中,10~20s后取出,將轉盤斜置使多余的溶膠流走,斜置時要多方位,以保
持轉盤上溶膠的均勻;
②焙燒:
將上述負載后的轉盤于空氣中自然晾干20~60min后,置于干燥箱中90~150℃下干燥30
~120min,再取出置于馬弗爐中焙燒,焙燒溫度為300~600℃,保溫1~3h;
重復上述浸漬、焙燒過程3~7次,負載催化劑量為0.001~0.005g/cm2;
(3)均勻光源的設計及安裝:
在轉盤上方均勻設有光源,光源采用“s”型燈管構成面光源,使轉盤上各個點的光強一
致;
(4)降解含酚廢水:
將制備的模擬含酚廢水置入儲液槽中,開啟電源,廢水經泵、轉子流量計到旋轉盤反應
器內,從轉轉盤反應器的進液管流到轉盤中心,在離心力的作用下液體在轉盤表面形成微
米級液膜,在光照作用下發生光降解反應,之后經轉盤甩出,液體沿殼體內壁流下,經轉盤
反應器底部的出液管進入儲液槽進行循環;反應后取樣分析,測定廢水中酚類化合物的降
解率和礦化率。
2.根據權利要求1所述的旋轉盤反應器中改性TiO2催化劑降解含酚廢水的方法,其特征
在于:所述步驟(1)中改性催化劑凝膠中各物料物質的量比為:鈦﹕水﹕溶劑﹕催化劑﹕抑制劑
=1﹕(1~3)﹕(10~20)﹕0.05﹕(0.3~1.5)。
3.根據權利要求1所述的旋轉盤反應器中改性TiO2催化劑降解含酚廢水的方法,其特征
在于:所述步驟(1)中改性離子為Cr3+、Fe3+、Mo5+、Ru3+、Os3+、Re5+、V4+、Rh3+及Zn2+中的一種或
兩種,改性離子與鈦元素的物質的量比為:改性離子﹕鈦=0.1~10﹕100。
4.根據權利要求1所述的旋轉盤反應器中改性TiO2催化劑降解含酚廢水的方法,其特征
在于:所述步驟(1)中,B液的滴加速度為0.5~2mL/min。
5.根據權利要求1所述的旋轉盤反應器中改性TiO2催化劑降解含酚廢水的方法,其特征
在于:所述轉盤反應器為已公開專利CN103387272A中所述的轉盤反應器。
6.根據權利要求1所述的旋轉盤反應器中改性TiO2催化劑降解含酚廢水的方法,其特征
在于:所述步驟(2)中制得的納米二氧化鈦粒徑為10~30nm,粒度分布均勻。
7.根據權利要求1所述的旋轉盤反應器中改性TiO2催化劑降解含酚廢水的方法,其特征
在于:所述步驟(3)中,光源采用紫外光,所述紫外燈的波長為365nm、313nm、254nm、185nm的
一種。

說明書

一種旋轉盤反應器中改性TiO2催化劑降解含酚廢水的方法

技術領域

本發明涉及一種旋轉盤反應器中改性TiO2催化劑降解含酚廢水的方法,屬于廢水
處理技術領域。

背景技術

光催化氧化技術具有能耗低、無二次污染等特點,可將有機物完全礦化成水、CO2
及小分子物質,是一種綠色環保的有機廢水處理辦法。光催化處理廢水的方法主要有懸浮
法和負載法兩種。懸浮法中納米催化劑顆粒與有機污染物充分接觸,固液傳質效果好,但催
化劑的分離成為技術性難題。負載法雖然解決了催化劑的分離問題,但由于負載降低了催
化劑的可用比表面積,使得該法的傳質效果降低,同時,催化劑負載方法及負載后催化劑穩
定性和使用壽命也成為負載法的關鍵技術環節。中國專利CN103387272A公開了一種光催
化降解含酚廢水的裝置及方法,該專利采用粘結劑法將催化劑負載在旋轉盤反應器的轉盤
上,催化劑附著牢固性較好,在實際應用中取得了較好的處理效果。但存在三個問題,(1)純
TiO2催化劑光生電子-空穴對容易復合,使載流子的利用率較低,體現在其含酚廢水2h降解
率只有40%;(2)粘結劑法對催化劑顆粒存在一定程度的包埋,降低了催化劑顆粒與有機污
染物的接觸面積,使催化劑表面利用率降低;(3)專利中反應器在轉盤上方和下方都安裝了
紫外燈,轉盤下方水平放置的紫外燈距離反應器內壁距離較遠,光強衰減嚴重,在降解率提
高程度較低的情況下增加了經濟投入;在實際操作中,反應器內壁催化劑負載困難;光源為
兩個線型紫外燈組成,盤上光照強度不均勻,燈正下方與轉盤邊緣處光強之差為10mW/cm2
左右,距燈管較遠處光強衰減嚴重。

發明內容

本發明旨在提供一種旋轉盤反應器中改性TiO2催化劑降解含酚廢水的方法,通過
一步法實現納米TiO2的制備、改性與負載,然后用于降解含酚廢水。

本發明提供的一種旋轉盤反應器中改性TiO2催化劑降解含酚廢水的方法,包括以
下步驟:

(1)催化劑原位摻雜改性制備改性催化劑溶膠:

取原料鈦酸酯類50~200mL,溶劑100~850mL,抑制劑3~80mL,去離子水2.5~30mL,催化劑
1~5mL以及改性離子,先將原料與溶劑總量的2/3混合,再加入抑制劑,組成A液;將水、催化
劑、改性離子、溶劑總量的1/3混合均勻組成B液;A液攪拌均勻后,逐滴滴加B液,滴加結束后
繼續攪拌0.5~2h,制得改性催化劑溶膠;

所述原料鈦酸酯類為鈦酸丁酯、鈦酸四異丁酯、鈦酸乙酯中的任一種,溶劑為乙醇或異
丙醇,抑制劑為冰醋酸、乙酰丙酮、二乙醇胺、三乙醇胺中的任一種,催化劑為鹽酸、硝酸或
醋酸中的任一種;

(2)催化劑負載:

步驟(1)所制得的溶膠陳化一天后即可進行催化劑的負載;

催化劑的負載過程分為浸漬和焙燒:

①浸漬:以轉盤反應器中的轉盤為載體,采用浸漬法負載:將轉盤經酸洗、堿洗、超聲

等過程處理、晾干后浸入溶膠中,10~20s后取出,將轉盤斜置使多余的溶膠流走,斜置
時要多方位,以保持轉盤上溶膠的均勻;

②焙燒:將上述負載后的轉盤于空氣中自然晾干20~60min后,置于干燥箱中90~150℃

下干燥30~120min,再取出置于馬弗爐中焙燒,焙燒溫度為300~600℃,保溫1~3h;

為保證催化劑納米二氧化鈦薄膜的厚度,需重復上述浸漬、焙燒過程3~7次,負載催化
劑量為0.001~0.005g/cm2;

(3)均勻光源的設計及安裝:

在轉盤上方均勻設有光源,光源采用“s”型燈管構成面光源,使轉盤上各個點的光強一
致;

(4)降解含酚廢水:

將制備的模擬含酚廢水置入儲液槽中,開啟電源,廢水經泵、轉子流量計到旋轉盤反應
器內,從轉轉盤反應器的進液管流到轉盤中心,在離心力的作用下液體在轉盤表面形成微
米級液膜,在光照作用下發生光降解反應,之后經轉盤甩出,液體沿殼體內壁流下,經轉盤
反應器底部的出液管進入儲液槽進行循環。反應后取樣分析,測定廢水中酚類化合物的降
解率和礦化率。

上述方案中,所述步驟(1)中改性催化劑凝膠中各物料物質的量比為:鈦﹕水﹕溶
劑﹕催化劑﹕抑制劑=1﹕(1~3)﹕(10~20)﹕0.05﹕(0.3~1.5)。

上述方案中,所述步驟(1)中改性離子為Cr3+、Fe3+、Mo5+、Ru3+、Os3+、Re5+、V4+、Rh3+及
Zn2+中的一種或兩種,改性離子與鈦元素的物質的量比為:改性離子﹕鈦=0.1~10﹕100。

上述方案中,所述步驟(1)中,B液的滴加速度為0.5~2mL/min。

上述方案中,所述轉盤反應器為已公開專利CN103387272A中所述的轉盤反應器。

上述方案中,所述步驟(2)中制得的納米二氧化鈦粒徑為10~30nm,粒度分布均勻。

上述方案中,所述步驟(3)中的激發光源置于轉盤上方,光源采用紫外光,所述紫
外燈的波長為365nm、313nm、254nm、185nm的一種。

本發明的創新性如下:(1)針對純TiO2催化劑光生電子-空穴對高復合率問題,本
發明采用離子摻雜法對催化劑進行改性,增加催化劑結構中的空穴或形成另一種氧化物,
捕捉光生電子或空穴或使載流子轉移,使得電子-空穴對的復合幾率降低,從而提高光能利
用率。

(2)為避免粘結劑法對催化劑帶來的包埋現象,本發明采用溶膠-凝膠法進行催化
劑的負載。該方法工藝較為簡單,條件溫和,分布均勻;另外溶膠凝膠法方便對TiO2催化劑
進行原位摻雜改性,可將納米TiO2的制備、改性與負載一次性完成,是目前最為常用和具有
前景的方法。

(3)光源采用“s”型燈管構成面光源,如圖2所示,使轉盤上各個點的光強基本一
致,反應器結構簡單。

本發明的有益效果:

(1)改性納米TiO2催化劑的使用,降低了催化劑光生電子-空穴的復合率,拓寬了光源
的激發波長范圍,提高了光能利用率,從而提高光催化效率;

(2)本發明所提出的采用溶膠-凝膠法進行催化劑的負載,使得催化劑負載更加牢固,
減少了催化劑的包埋現象;

(3)“s”形燈形成的面光源與線型光源相比,避免了轉盤邊緣處與光源距離較遠而導致
的光照強度小、催化劑利用率不高的現象,使轉盤表面光照更加均勻,有利于提高光催化處
理效果。

附圖說明

圖1為旋轉盤反應器結構示意圖;

圖2為圖1中旋轉盤反應器A-A剖視圖;

圖3為實施例1中催化劑的SEM圖;

圖4為實施例1中焙燒溫度為350℃的催化劑的XRD圖;

圖中:1-進液管,2-光源,3-轉盤,4-出液管,5-轉軸,6-電機,7-變頻器,8-殼體。

具體實施方式

下面通過實施例來進一步說明本發明,但不局限于以下實施例。

實施例1

采用溶膠凝膠法制備純TiO2催化劑溶膠,原料具體配比為:鈦酸丁酯﹕水﹕乙醇﹕鹽酸﹕
乙酰丙酮=1﹕3﹕15﹕0.05﹕0.5(物質的量比);制備過程為:先將原料與溶劑總量的2/3混合,
再加入抑制劑,組成A液;將水、催化劑、改性離子、溶劑總量的1/3混合均勻組成B液;A液攪
拌均勻后,逐滴滴加B液,滴加結束后繼續攪拌0.5~2h,制得改性催化劑溶膠。

使用轉盤反應器負載,所述轉盤反應器為已公開專利CN103387272A中所述的轉盤
反應器。如圖1、2所示,所述轉盤反應器包括殼體8、轉盤3、轉軸5、激發光源2、進液管1與出
液管4,進液管1置于殼體8上蓋中央,出液管4設置在殼體8底部,殼體8安裝于水平臺上,轉
盤3水平設置在殼體內部中央,在轉盤3上方分別設有激發光源2,轉盤3通過轉軸5帶動旋
轉,轉軸5與電機6連接,電機6的控制端連接變頻器7。

上述所制得的溶膠陳化一天后即可進行催化劑的負載;

催化劑的負載過程分為浸漬和焙燒:

①浸漬:以轉盤反應器中的轉盤為載體,采用浸漬法負載:將轉盤經酸洗、堿洗、超聲

等過程處理、晾干后浸入溶膠中,10~20s后取出,將轉盤斜置使多余的溶膠流走,斜置
時要多方位,以保持轉盤上溶膠的均勻;

②焙燒:將上述負載后的轉盤于空氣中自然晾干60min后,置于干燥箱中100℃下干燥
100min,再取出置于馬弗爐中焙燒;

載體轉盤為不銹鋼材質,轉盤直徑為200mm,負載4層,即通過四次負載過程得到,焙燒
溫度為500℃,保溫1h,得到的催化劑為粒徑分布為10~30nm(如圖1所示),晶型為銳鈦礦型
(如圖2所示),負載催化劑量為0.53g。

配制100mg/L的苯酚廢水來模擬含酚廢水,調至pH=2。將廢水倒入儲液槽中,用泵
將廢水經流量計打入旋轉盤反應器,光催化降解后,再在重力下返回儲液槽循環。光源采用
兩個線型紫外燈,流量100L/h,轉速50rad/min,光強12.2mW/cm2,2h后的降解率為45%。

實施例2

采用溶膠凝膠法制備改性TiO2催化劑溶膠,各原料物質的量比為鈦酸四異丁酯﹕水﹕乙
醇﹕硝酸﹕乙酰丙酮﹕Fe=1﹕2﹕20﹕0.05﹕1﹕0.005。

其它操作步驟同實施例1。

載體轉盤為不銹鋼材質,轉盤直徑為200mm,負載6層,焙燒溫度為450℃,保溫
1.5h,負載催化劑量為1.33g。配制100mg/L的苯酚廢水來模擬含酚廢水,調至pH=7。將廢水
倒入儲液槽中,用泵將廢水經流量計打入旋轉盤反應器,光催化降解后,再在重力下返回儲
液槽循環。光源采用兩個線型紫外燈,流量100L/h,轉速50rad/min,光強12mW/cm2,2h的苯
酚降解率為69.81%。

實施例3

采用溶膠凝膠法制備改性TiO2催化劑溶膠,各原料物質的量比為鈦酸丁酯﹕水﹕異丙醇
醇﹕鹽酸﹕二乙醇胺﹕V=1﹕1﹕10﹕0.05﹕0.5﹕0.01。

其它操作步驟同實施例1。

載體轉盤為不銹鋼材質,轉盤直徑為200mm,負載3層,焙燒溫度為500℃,保溫1h,
負載催化劑量為0.48g。配制100mg/L的苯酚廢水來模擬含酚廢水,調至pH=4。將廢水倒入儲
液槽中,用泵將廢水經流量計打入旋轉盤反應器,光催化降解后,再在重力下返回儲液槽循
環。光源采用兩個線型紫外燈,流量80L/h,轉速50rad/min,光強12mW/cm2,2h的苯酚降解率
為79.57%。

實施例2、3與實施例1相比,在催化劑中增加了摻雜離子,由于摻雜離子的引入,使
得催化劑的光催化活性增強,光催化苯酚降解率有明顯提高。

實施例4

采用溶膠凝膠法制備純TiO2催化劑溶膠,各原料物質的量比為鈦酸乙酯﹕水﹕異丙醇﹕
醋酸﹕乙酰丙酮=1﹕2.5﹕15﹕0.05﹕0.3。

其它操作步驟同實施例1。

載體轉盤為不銹鋼材質,轉盤直徑為200mm,負載5層,焙燒溫度為400℃,保溫2h,
負載催化劑量為0.66g。配制100mg/L的苯酚廢水來模擬含酚廢水,調至pH=2。將廢水倒入儲
液槽中,用泵將廢水經流量計打入旋轉盤反應器,光催化降解后,再在重力下返回儲液槽循
環。光源采用“S”形紫外燈形成面光源,流量100L/h,轉速50rad/min,光強12mW/cm2,2h的苯
酚降解率為53.20%。

實施例4與實施例1相比,將1中的線型光源更換為“S”形面光源,增加了催化劑利
用率,使轉盤表面光照更加均勻,從而提高了苯酚的降解率。

實施例5

采用溶膠凝膠法制備改性TiO2催化劑溶膠,各原料物質的量比為鈦酸丁酯﹕水﹕乙醇﹕
硝酸﹕冰醋酸﹕V=1﹕2﹕20﹕0.05﹕1.5﹕0.005。

其它操作步驟同實施例1。

載體轉盤為不銹鋼,轉盤直徑為200mm,負載6層,焙燒溫度為500℃,保溫1h,負載
催化劑量為0.93g。配制100mg/L的苯酚廢水來模擬含酚廢水,調至pH=4。將廢水倒入儲液槽
中,用泵將廢水經流量計打入旋轉盤反應器,光催化降解后,再在重力下返回儲液槽循環。
光源采用“S”形紫外燈面光源,流量100L/h,轉速50rad/min,光強12mW/cm2,2h的苯酚降解
率為93.56%。

實施例6

采用溶膠凝膠法制備改性TiO2催化劑溶膠,各原料物質的量比為鈦酸丁酯﹕水﹕異丙
醇﹕硝酸﹕乙酰丙酮﹕Zn=1﹕1.5﹕15﹕0.05﹕1﹕0.05。

其它操作步驟同實施例1。

載體轉盤為不銹鋼,轉盤直徑為200mm,負載5層,焙燒溫度為550℃,保溫1h,負載
催化劑量為1.52g。配制100mg/L的苯酚廢水來模擬含酚廢水,調至pH=7。將廢水倒入儲液槽
中,用泵將廢水經流量計打入旋轉盤反應器,光催化降解后,再在重力下返回儲液槽循環。
光源采用“S”形紫外燈面光源,流量80L/h,轉速50rad/min,光強12mW/cm2,2h的苯酚降解率
為89.05%。

實施例5、6與實施例4相比,在催化劑中增加了摻雜離子,由于摻雜離子的引入,使
得催化劑的光催化活性增強,光催化苯酚降解率有明顯提高。

實施例5、6與實施例2、3相比,同樣使用了摻雜離子,由于將線型光源更換為“S”形
面光源,增加了催化劑利用率,使轉盤表面光照更加均勻,從而提高了苯酚的降解率。

關 鍵 詞:
一種 旋轉 反應器 改性 TIO2 催化劑 降解 廢水 方法
  專利查詢網所有資源均是用戶自行上傳分享,僅供網友學習交流,未經上傳用戶書面授權,請勿作他用。
關于本文
本文標題:一種旋轉盤反應器中改性TIO2催化劑降解含酚廢水的方法.pdf
鏈接地址:http://www.rgyfuv.icu/p-6341736.html
關于我們 - 網站聲明 - 網站地圖 - 資源地圖 - 友情鏈接 - 網站客服客服 - 聯系我們

[email protected] 2017-2018 zhuanlichaxun.net網站版權所有
經營許可證編號:粵ICP備17046363號-1 
 


收起
展開
山东11选5中奖结果走势图