、叔丁醇、苯酚、4-氯酚、苯甲酸、对羟基苯甲酸、水杨酸、EDTA、葡萄糖、乳糖、半乳糖中的一种或多种。所述电解质为NaCl、Na2S04、NaClO4*—种或几种。采用的磁力搅拌子及磁力搅拌器均可以从市场购置，二者配合用于对反应溶液进行搅拌，保证反应体系溶液浓度均匀。需要说明的是，磁力搅拌子及磁力搅拌器并不是本发明必需的装置，即也可以不使用搅拌装置，或者采用其它类型的搅拌装置。
[0032]实施例1:
[0033]本实施例采用钛网作为光阳极，Pt电极作为对电极，去除废水中的Cr(VI)离子。
[0034]光阳极的制备方法:将市场购得的钛网剪成一定大小的长方形，依次在丙酮、乙醇、去离子水中超声清洗，然后在HF:HN03:H20 = 1:3:16混合溶液中抛光30s处理，去离子水冲洗，晾干。
[0035]对电极的制备方法:将市场购得的Pt电极用砂纸打磨后，浸入稀硝酸中一段时间，取出后用去离子水冲洗，晾干。
[0036]本实施例采用76_X26mm的钛网(厚度0.2_、纯度99.9%、丝径0.12_、目数60目)为光阳极，Pt电极为对电极，阴阳极面积比为1:50。反应体系中Cr(VI)的初始浓度为 0.34mmol/L，反应条件:pH 3.4，柠檬酸 0.5mmol/L，Na2SO40.5mol/L，电压 1.5V。利用紫外可见分光光度计检测Cr(VI)的浓度，比较本发明光电催化和T12致密薄膜光阳极光电催化降解Cr (VI)的活性。
[0037]图2中各曲线表示Cr(VI)的降解转化率随时间的变化曲线，横坐标表示时间，纵坐标表示Cr(VI)的去除效率。本发明体系中，以Pt电极作为对电极时，1.5V电压下电催化Cr(VI)无降解；紫外光照后部分Cr(VI)发生光解，其速率与无光阳极光解相近。比较钛网光阳极光催化和光电催化降解速率可知，施加偏压能够显著加速Cr(VI)的降解，其零级反应速率常数为光催化的5.1倍，光电协同效应显著，40min即能降解93%的初始浓度为
0.34mmol/L的Cr(VI)。图中TiCV薄膜使用溶胶凝胶法制备，在ITO基底上以提拉法获得，厚度为160nm，与钛网表面积相同。扣除光解速率空白后，钛网的光电催化速率是相同反应条件下TiCV薄膜催化剂的5.5倍。
[0038]实施例2:
[0039]使用本发明的方法和装置，反应体系中Cr(VI)的初始浓度为0.34mmol/L，反应条件:ρΗ3.4，柠檬酸0.5mmol/L，Na2SO40.5mol/L，电压1.5V。使用Ti网光阳极和Pt电极光阴极进行光电催化还原Cr(VI)的重复性实验。图3表示使用同一片清洁的钛网重复5次实验，5次实验的相对标准偏差为2.4%，重复性很好，表明钛网可以长期重复使用。
[0040]实施例3:
[0041]使用本发明的方法和装置，反应体系中Cr(VI)的初始浓度为0.34mmol/L，反应条件:ρΗ3.4，柠檬酸0.5mmol/L，Na2SO40.5mol/L，电压1.5V。使用Ti网光阳极和Ti网光阴极进行光电催化还原Cr(VI)的实验，60min即能降解76%的初始浓度为0.34mmol/L的Cr (VI)。
[0042]实施例4:
[0043]使用本发明的方法和装置，反应体系中Cr(VI)的初始浓度为0.34mmol/L，反应条件:pH 3.4，柠檬酸0.5mmol/L, Na2SO40.5mol/L。使用Ti网光阳极和Pt阴极，施加不同的外加偏压，还原Cr(VI)的结果如图4所示。当外加偏压为零时，紫外光照后部分Cr(VI)发生光解，其速率与无催化剂时的光解速率相近。当施加一个很小的外加偏压(0.5V)时，Cr(VI)被迅速降解，Ih内基本降解90%以上；当电压继续增加时，反应速率增加；电压增加到7V时，由于Ti网被氧化，反应速率降低。因此，本发明可以有效地降解Cr (VI)，且只需要很低的外加偏压，电压使用效率高，能耗低。
[0044]实施案例5:
[0045]使用本发明的方法和装置，采用76mmX 26mm的不锈钢片(将市场购得的不锈钢片剪成一定大小的长方形，依次在丙酮、乙醇、去离子水中超声清洗，然后在稀盐酸中浸泡60s进行处理后，去离子水冲洗，晾干)为光阳极，Pt电极为对电极，阴阳极面积比为1:50。反应体系中Cu (II)的初始浓度为0.5mmol/L，在pH 4，乙醇lmmol/L，Na2SO40.5mol/L，电压
1.5V的反应条件下，60min即能降解90%以上的Cu(II)。
[0046]实施案例6:
[0047]使用本发明的方法和装置，采用76mmX26mm的铜网(将市场购得的铜网剪成一定大小的长方形，依次在丙酮、乙醇、去离子水中超声清洗，然后在稀硝酸中浸泡60s进行处理后，去离子水冲洗，晾干)为光阳极，Pt电极为对电极，阴阳极面积比为1:50。反应体系的中 Hg(II)的初始浓度为0.5mmol/L，在pH 3.5，甲醇 lmmol/L，NaCl lmol/L，电压 1.5V 的反应条件下，60min即能降解80%以上的Hg(II)。
[0048]以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，本领域的普通技术人员可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，本发明的保护范围应以权利要求书所述为准。
【主权项】
1.一种光电催化去除废水中重金属离子的方法，其特征在于，采用金属材料作为光阳极，以反应溶液中富含电子的有机物作为还原剂，通过紫外光照使所述有机物被激发，产生自由电子和活性自由基，所述活性自由基在外电场作用下移动到所述光阳极并被氧化，所述自由电子将溶液中的重金属离子还原。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光阳极为片状或网状，其采用的金属材料为下列中的一种:钛、银、铜、铬、铝、钨、钼、镍、不锈钢。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有机物为富含电子的有机物，包括下列中的一种或多种:柠檬酸、甲酸、甲酸盐、乙酸、乙酸盐、草酸、草酸盐、甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、异丙醇、丁醇、2-丁醇、叔丁醇、苯酚、4-氯酚、苯甲酸、对羟基苯甲酸、水杨酸、EDTA、葡萄糖、乳糖、半乳糖。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的重金属离子包括下列中的一种或多种:六价铬离子、汞离子、铅离子、铜离子、镉离子、镍离子、砷离子、银离子、锌离子。5.如权利要求1?4中任一项所述的方法，其特征在于，所述有机物是外部投入的有机物；或者所述有机物是废水中的有机污染物，所述方法对废水中的重金属离子和有机污染物进行协同去除。6.—种光电催化去除废水中重金属离子的装置，其特征在于，包括金属光阳极、对电极、直流电源、紫外光源和反应容器，所述金属光阳极和所述对电极设置在所述反应容器中并分别连接所述直流电源的两极，所述反应容器内设有反应溶液，所述反应溶液中包含作为还原剂的有机物及作为电解质的无机盐。7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述金属光阳极为片状或网状，其采用的金属材料为钛、银、铜、铬、铝、钨、钼、镍、不锈钢中的一种；所述对电极是片状或网状的耐酸的电极，其材料为钛、铂、石墨中的一种；所述直流电源的电压为0.5?5V。8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述有机物为柠檬酸、甲酸、甲酸盐、乙酸、乙酸盐、草酸、草酸盐、甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、异丙醇、丁醇、2-丁醇、叔丁醇、苯酚、4-氯酚、苯甲酸、对羟基苯甲酸、水杨酸、EDTA、葡萄糖、乳糖、半乳糖中的一种或多种；所述电解质为NaCl、Na2S04、NaClO4中的一种或几种。9.如权利要求6?8中任一项所述的装置，其特征在于，还包括对所述反应溶液进行搅拌的搅拌装置。10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述搅拌装置为磁力搅拌器。
【专利摘要】本发明涉及一种光电催化去除废水中重金属离子的方法和装置。该方法采用金属材料作为光阳极，以反应溶液中含有的有机物作为还原剂，通过紫外光照使所述有机物被激发，产生自由电子和活性自由基，活性自由基在外电场作用下移动到光阳极并被氧化，自由电子将溶液中的重金属离子还原。该装置包括金属光阳极、对电极、直流电源、紫外光源和反应容器等。实验条件下，钛网光阳极光电催化还原废水中Cr(VI)的速率是相同反应条件下典型的TiO2薄膜半导体催化剂的5.5倍，并且重复性很好。本发明克服了光电催化技术和电催化技术的一些缺点，提出了一种能够高效地降解废水中重金属离子的新方法，具有很高的实用价值和应用前景，易于推广使用。
【IPC分类】C02F1/62, C02F1/32, C02F1/467
【公开号】CN104944511
【申请号】CN201510279331
【发明人】尚静, 冯想
【申请人】北京大学
【公开日】2015年9月30日
【申请日】2015年5月27日