一種染料廢水的光催化處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種染料廢水的光催化降解處理方法。尤其 涉及利用二氧化硅-二氧化鈦復(fù)合材料整體柱降解染料廢水。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著染料與印染工業(yè)的發(fā)展，染料廢水已成為主要的水體污染源之一。染料廢水 成分復(fù)雜、有機物含量大、色度深，對水環(huán)境的危害日益嚴(yán)重。染料廢水進(jìn)入自然水體后，不 但影響自然水體的水質(zhì)，而且會引起水體色澤污染，沖擊人類與動物的視覺系統(tǒng)，降低水體 中光的透過性，影響水生植物的光合作用，導(dǎo)致水體生態(tài)系統(tǒng)惡化。
[0003] 人工合成的染料是染料廢水中的重要污染物，通常含有復(fù)雜的芳香環(huán)結(jié)構(gòu)，具有 難降解物質(zhì)多、有機成分復(fù)雜、毒性大、脫色困難等特點。
[0004] 目前染料廢水的處理方法主要有吸附法、膜分離法、混凝法、氧化法和生物法等。 吸附法易受水中懸浮物、高分子污染物、油脂等物質(zhì)的影響，且吸附劑用量大?；钚蕴渴茄?究最多的吸附劑，具有能耗低，效率高的優(yōu)點，但是價格較貴，再生比較困難，難以規(guī)?；瘧?yīng) 用。膜分離法主要分為電滲析法、反滲透法、納濾法、超濾法，以及其他組合工藝，特點為效 率高、占地小，但投資和運行費用高，產(chǎn)生大量難處理濃水，同時膜易結(jié)垢堵塞，需要高水平 的預(yù)處理和定期的化學(xué)清洗?；炷夹g(shù)成熟、工藝流程簡單，但費用較高，混渣量多，脫水 困難，對溶解性物質(zhì)的去除率較低。氧化法成本高，常用氧化劑常表現(xiàn)出氧化能力差、存在 選擇性氧化等缺點；生物法運行成本低，但微生物很難適應(yīng)染料廢水水質(zhì)波動大、種類多、 毒性高的特點。因此，開發(fā)新型染料廢水處理技術(shù)具有非常重要的理論與現(xiàn)實意義。
[0005] 光催化材料是一類具有光催化活性、能在紫外光甚至可見光照射下降解各類化學(xué) 物質(zhì)或殺滅細(xì)菌的半導(dǎo)體材料。與其他半導(dǎo)體光催化劑相比，11〇2具有無毒，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn) 定，帶隙能高（達(dá)3. 2電子伏特），光催化效果好等優(yōu)點，是光催化反應(yīng)中最常用的催化劑。 國內(nèi)關(guān)于納米二氧化鈦制備及改性的研究起步較晚，研究方向主要為二氧化鈦粉體、涂層 的光催化活性，目前未見將二氧化硅-二氧化鈦復(fù)合材料整體柱應(yīng)用于染料廢水處理的研 究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的之一是為解決染料廢水的處理難題，提供一種處理染料廢水的光催 化處理方法，即一種利用二氧化硅-二氧化鈦復(fù)合材料整體柱處理染料廢水的方法。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種二氧化硅-二氧化鈦復(fù)合材料整體柱的制備方 法，制備步驟如下：
[0008] 取無水乙醇，加入聚乙二醇，依次滴加濃硝酸、正硅酸乙酯、鈦酸四異丙酯、冰醋 酸，于室溫下磁力攪拌，得到混合的溶膠；
[0009] 將所述混合的溶膠置于水浴鍋中陳化，得到凝膠；
[0010] 將所述凝膠放入尿素中，置于反應(yīng)釜中反應(yīng)，然后在真空干燥箱中干燥，最后放入 馬弗爐中煅燒，冷卻后取出，得到二氧化硅-二氧化鈦復(fù)合材料整體柱。
[0011] 進(jìn)一步的，所述磁力攪拌的時間為1小時；
[0012] 進(jìn)一步的，所述水浴陳化的時間為24小時，溫度為20攝氏度；
[0013] 進(jìn)一步的，所述尿素的濃度為0. 5摩爾每升；
[0014] 進(jìn)一步的，所述反應(yīng)釜中反應(yīng)的時間為10小時，溫度為120攝氏度；
[0015] 進(jìn)一步的，所述真空干燥箱中干燥的時間為10小時，溫度為60攝氏度；
[0016] 進(jìn)一步的，所述馬弗爐中煅燒的溫度先由30攝氏度上升至120攝氏度，再由120 攝氏度上升至500攝氏度，兩個升溫階段用時均為2小時，最后保持500攝氏度煅燒5小時。
[0017] 本發(fā)明還提供一種染料廢水的光催化處理方法，操作步驟如下：
[0018] 取染料廢水于光催化容器中，投加上述二氧化硅-二氧化鈦復(fù)合材料整體柱作為 光催化劑，通冷凝水并鼓入空氣，置于紫光燈下照射。
[0019] 進(jìn)一步的，所述染料廢水的pH值等于7。
[0020] 進(jìn)一步的，所述的二氧化硅-二氧化鈦復(fù)合材料整體柱投加量為15. 64克每升。
[0021] 進(jìn)一步的，所述在紫光燈照射下的降解時間為4小時。
[0022] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0023] (1)本發(fā)明優(yōu)化了二氧化硅-二氧化鈦復(fù)合材料整體柱的制備條件，制備得到了 二氧化硅-二氧化鈦復(fù)合材料整體柱；
[0024] (2)本發(fā)明制備得到的二氧化硅-二氧化鈦復(fù)合材料整體柱外觀形貌完好，無開 裂現(xiàn)象，具有較好的機械強度，內(nèi)部具有微米級的穿透孔，穿透孔和骨架相互交織成網(wǎng)絡(luò)結(jié) 構(gòu)；所述二氧化硅-二氧化鈦復(fù)合材料整體柱繼承了二氧化鈦催化降解無選擇性，無二次 污染，條件溫和，操作相對簡單，能耗低，效率高的優(yōu)點，同時結(jié)合了固載化材料穩(wěn)定、回收 利用方便的優(yōu)良特性，最大化地發(fā)揮了二氧化鈦的實際應(yīng)用能力；
[0025] (3)本發(fā)明將制備得到的二氧化硅-二氧化鈦復(fù)合材料整體柱應(yīng)用于染料廢水的 實際處理，發(fā)現(xiàn)溶液的吸光度迅速下降，隨著反應(yīng)時間的增加，下降的趨勢趨緩，可見催化 降解效果良好，4小時可降解完全。
【附圖說明】
[0026] 圖1為二氧化硅-二氧化鈦復(fù)合材料整體柱對染料廢水的光催化降解圖。
【具體實施方式】
[0027] 下文將結(jié)合具體附圖詳細(xì)描述本發(fā)明具體實施例。應(yīng)當(dāng)注意的是，下述實施例中 描述的技術(shù)特征或者技術(shù)特征的組合不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是孤立的，它們可以被相互組合從而達(dá) 到更好的技術(shù)效果。在下述實施例的附圖中，各附圖所出現(xiàn)的相同標(biāo)號代表相同的特征或 者部件，可應(yīng)用于不同實施例中。
[0028] 本發(fā)明提供的二氧化硅-二氧化鈦復(fù)合材料整體柱的制備方法包括如下步驟：
[0029] 步驟SlOO，取無水乙醇，加入聚乙二醇，依次滴加濃硝酸、正硅酸乙酯、鈦酸四異丙 酯、冰醋酸，于室溫下磁力攪拌，得到混合的溶膠。
[0030] 在本步驟中，反應(yīng)容器為25毫升圓底燒瓶；所述無水乙醇、聚乙二醇、濃硝酸、正 硅酸乙酯、鈦酸四異丙酯、冰醋酸的用量分別為3. 68克、0. 40克、0. 5克、2. 08克、0. 71克、 3. O克，所述滴加試劑的方式為緩慢滴加；所述磁力攪拌的時間為1小時，攪拌前用瓶塞將 圓底燒瓶密封，攪拌方式為快速攪拌。
[0031] 在本步驟中，所述鈦酸四異丙酯、正硅酸乙酯在酸性的有機介質(zhì)中進(jìn)行水解縮聚 反應(yīng)分別得到相應(yīng)的含水合物的溶液；所述磁力攪拌后兩種溶液混合得到均勻的溶膠。
[0032] 在本步驟中，所述鈦酸四異丙酯水解縮聚的反應(yīng)方程式如下：
[0036] 步驟S200,將所述混合的溶膠置于水浴鍋中陳化，得到凝膠。
[0037] 在本步驟中，所述水浴陳化的時間為24小時，溫度為20攝氏度。
[0038] 在本步驟中，所述溶膠經(jīng)陳化后形成凝膠。
[0039] 步驟S300,將所述凝膠放入尿素中，置于反應(yīng)釜中反應(yīng)，然后在真空干燥箱中干 燥，最后放入馬弗爐中煅燒，冷卻后取出，得到二氧化硅-二氧化鈦復(fù)合材料整體柱。
[0040] 在本步驟中，所述尿素的濃度為0. 5摩爾每升；所述反應(yīng)釜中反應(yīng)的時間10小時， 溫度為120攝氏度；所述真空干燥箱中干燥的時間為10小時，溫度為60攝氏度；所述馬弗 爐中煅燒的方式為緩慢升溫，溫度先由30攝氏度上升至120攝氏度，再由120攝氏度上升 至500攝氏度，兩個升溫階段用時均為2小時，最后保持500攝氏度煅燒5小時。
[0041] 在本步驟中，所述凝膠經(jīng)干燥、煅燒等處理后，得到二氧化硅-二氧化鈦復(fù)合材料 整體柱。
[0042] 反應(yīng)溫度對所述二氧化硅-二氧化鈦復(fù)合材料整體柱制備方法的影響：
[0043] 其他實驗條件一定，反應(yīng)溫度分別為20攝氏度、40攝氏度、60攝氏度時，按所述制 備方法制備二氧化硅-二氧化鈦復(fù)合材料整體柱。結(jié)果顯示，反應(yīng)溫度為20攝氏度時，煅 燒后得到的整體柱外觀形貌更完好、無開裂；60攝氏度時，整體柱收縮最嚴(yán)重，機械強度最 低；40攝氏度時的整體柱次之。故優(yōu)化后的反應(yīng)溫度為20攝氏度。
[0044] 聚乙二醇含量對所述二氧化硅-二氧化鈦復(fù)合材料整體柱制備方法的影響：
[0045] 其他實驗條件一定，反應(yīng)溫度為20攝氏度，聚乙二醇加入量分別為0克、0. 1克、