聚苯乙烯催化小球及悬浮式光催化反应器的制作方法

文档序号:11905844阅读:1025来源:国知局
聚苯乙烯催化小球及悬浮式光催化反应器的制作方法与工艺

本发明属于水处理领域,具体涉及一种可连续降解染料废水的聚苯乙烯催化小球及悬浮式光催化反应器。



背景技术:

随着人类工业技术的快速发展和生活水平的提高,大量的工业废水和生活废水被直接排放到自然环境中去,对环境造成严重的污染,这其中大量化工染料废水的直接排放对环境的危害尤为严重。为了应对日益严重的水污染尤其是化工染料废水污染,缓解水危机等重大问题,开发绿色、环保的染料废水处理技术成为人类面临的重大课题。

目前,用可见光催化降解染料废水成为近年来研究的热点之一,该技术具有高效、快速的特点,是未来人类解决染料废水污染最具有前景的高科技技术之一。然而,直接投加光催化剂降解染料废水不仅用量大而且催化剂难以回收,造成对环境的污染,同时造成催化剂的大量浪费。



技术实现要素:

本发明的目的是克服现有技术存在的直接投加光催化剂降解染料废水的不足,提供一种聚苯乙烯催化小球。

本发明的第二个目的是提供一种可连续降解染料废水、直接过滤分离催化剂,解决光催化降解中催化剂流失的难题的悬浮式光催化反应器。

本发明的技术方案概述如下:

一种聚苯乙烯催化小球,用下述方法制成:

1)对聚苯乙烯小球进行预处理:依次用无水乙醇、去离子水、2-10%的无机碱水溶液、2-10%的无机酸水溶液清洗聚苯乙烯小球,用去离子水洗至中性,真空冷冻干燥,得到预处理聚苯乙烯小球;

(2)聚苯乙烯接枝改性小球的制备:将步骤(1)获得的预处理聚苯乙烯小球,浸于5-25mM二苯甲酮的甲苯溶液或5-25mM二苯甲酮的庚烷溶液中5-30min,取出在空气中晾干,置于密闭容器中通氮气5-180min,再于波长为254-365nm、功率为4-12W的紫外光灯下,照射距离为5-20cm,照射5-30min,取出,放入0.1-0.5M的离子液体的甲醇溶液中,氮气保护下,在55-65℃下,反应12-48h;依次用去离子水,无水乙醇清洗,真空冷冻烘干,离子液体在聚苯乙烯小球表面形成聚离子液体,得到聚苯乙烯接枝改性小球;所述步骤(1)获得的聚苯乙烯小球与离子液体的甲醇溶液的比为1g:20-30mL;

(3)按比例将1g步骤(2)得到的聚苯乙烯接枝改性小球放入10-100mL的10-25mM的杂多酸水溶液中,避光条件下,15-35℃下水浴反应12-48h,室温下水洗12-48h,真空冷冻干燥得聚苯乙烯催化小球。

优选的是:所述无机碱为氢氧化钠或氢氧化钾。

所述无机酸为盐酸或硫酸。

所述离子液体为1-(4-乙烯基苄基)-3-甲基咪唑氯盐,1-(4-乙烯基苄基)-3-丁基咪唑氯盐,1-(4—乙烯基苄基)-3-甲基咪唑溴盐或1-(4-乙烯基苄基)-3-丁基咪唑嗅盐。

所述杂多酸为:磷钼酸、磷钨酸或硅钼酸。

悬浮式光催化反应器包括透光容器10,在透光容器内设置有曝气头7,设置在透光容器外的曝气泵5通过管道依次与气体流量计6和曝气头7连接;设置有第1阀门2的进料管一端与进料泵1连接,另一端设置在透光容器10内,在透光容器10外设置有日光灯8,在透光容器10内还设置有聚偏氟乙烯平板微滤膜原件9和上述聚苯乙烯催化小球11,聚偏氟乙烯平板微滤膜原件9通过管道依次与设置在透光容器10外的第2阀门3和出料泵4连接。

7.根据权利要求6所述的悬浮式光催化反应器,其特征是所述透光容器的材质为玻璃或聚甲基丙烯酸甲酯。

本发明的优点:

本发明的聚苯乙烯催化小球,以聚苯乙烯为基质,将催化剂固载在其表面,在使用时,能避免传统方法中出现的催化剂流失的问题。本发明的悬浮式光催化反应器在常温下运行,低耗能,绿色环保,操作简单,易规模化适用于未来新型工业生产的可连续降解染料废水的工艺技术。

本发明的悬浮式光催化反应器在连续运行降解酸性橙II分子的过程中比较稳定,这在实际的工业应用中是比较重要的。

附图说明

图1是悬浮式光催化反应器结构示意图。

图2是聚苯乙烯小球与改性后小球的ATR-IR红外谱图,其中:

a为聚苯乙烯小球的ATR-IR红外谱图;

b为聚苯乙烯接枝改性小球的ATR-IR红外谱图;

c为聚苯乙烯催化小球的ATR-IR红外谱图。

具体实施方式

通过以下实施例将有助于理解本发明,但并不限制本发明的内容。此外应理解,在阅读了本发明讲授的内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请的权利要求书的范围。

下面通过实施例及附图对本发明作进一步说明。

实施例1

一种聚苯乙烯催化小球,用下述方法制成:

(1)对聚苯乙烯小球进行预处理:依次用无水乙醇、去离子水、5%的氢氧化钠水溶液、5%的盐酸水溶液清洗聚苯乙烯小球,用去离子水洗至中性,真空冷冻干燥,得到预处理聚苯乙烯小球;

(2)聚苯乙烯接枝改性小球的制备:将步骤(1)获得的预处理聚苯乙烯小球,浸于15mM二苯甲酮的甲苯溶液中15min,取出在空气中晾干,置于密闭容器中通氮气90min,再于波长为365nm、功率为8W紫外光灯下,照射距离为10cm,照射10min,取出,放入0.3M的离子液体的甲醇溶液中,氮气保护下,在60℃下,反应36h;依次用去离子水,无水乙醇清洗,真空冷冻烘干,离子液体在聚苯乙烯小球表面形成聚离子液体,得到聚苯乙烯接枝改性小球;所述步骤(1)获得的聚苯乙烯小球与离子液体的甲醇溶液的比为1g:25mL;

本实施例的离子液体为:1-(4-乙烯基苄基)-3-甲基咪唑氯盐;

(3)按比例将1g步骤(2)得到的聚苯乙烯接枝改性小球放入50mL的20mM的磷钼酸水溶液中,避光条件下,25℃下水浴反应30h,室温下水洗30h,真空冷冻干燥得聚苯乙烯催化小球。

实施例2

一种聚苯乙烯催化小球,用下述方法制成:

(1)对聚苯乙烯小球进行预处理:依次用无水乙醇、去离子水、2%的氢氧化钾水溶液、2%的硫酸水溶液清洗聚苯乙烯小球,用去离子水洗至中性,真空冷冻干燥,得到预处理聚苯乙烯小球;

(2)聚苯乙烯接枝改性小球的制备:将步骤(1)获得的预处理聚苯乙烯小球,浸于5mM二苯甲酮的甲苯溶液中30min,取出在空气中晾干,置于密闭容器中通氮气5min,再于波长为254nm、功率为4W的紫外光灯下,照射距离为5cm,照射5min,取出,放入0.1M的离子液体的甲醇溶液中,氮气保护下,在55℃下,反应48h;依次用去离子水,无水乙醇清洗,真空冷冻烘干,离子液体在聚苯乙烯小球表面形成聚离子液体,得到聚苯乙烯接枝改性小球;所述步骤(1)获得的聚苯乙烯小球与离子液体的甲醇溶液的比为1g:20mL;

本实施例的离子液体为:1-(4-乙烯基苄基)-3-丁基咪唑氯盐

(3)按比例将1g步骤(2)得到的聚苯乙烯接枝改性小球放入10mL的25mM的磷钨酸水溶液中,避光条件下,15℃下水浴反应48h,室温下水洗12h,真空冷冻干燥得聚苯乙烯催化小球。

实施例3

一种聚苯乙烯催化小球,用下述方法制成:

(1)对聚苯乙烯小球进行预处理:依次用无水乙醇、去离子水、10%的氢氧化钠水溶液、10%的盐酸水溶液清洗聚苯乙烯小球,用去离子水洗至中性,真空冷冻干燥,得到预处理聚苯乙烯小球;

(2)聚苯乙烯接枝改性小球的制备:将步骤(1)获得的预处理聚苯乙烯小球,浸于25mM二苯甲酮的甲苯溶液中5min,取出在空气中晾干,置于密闭容器中通氮气180min,再于波长为365nm、功率为12W的紫外光灯下,照射距离为20cm,照射30min,取出,放入0.5M的离子液体的甲醇溶液中,氮气保护下,在65℃下,反应12h;依次用去离子水,无水乙醇清洗,真空冷冻烘干,离子液体在聚苯乙烯小球表面形成聚离子液体,得到聚苯乙烯接枝改性小球;所述步骤(1)获得的聚苯乙烯小球与离子液体的甲醇溶液的比为1g:30mL;

本实施例的离子液体为:1-(4—乙烯基苄基)-3-甲基咪唑溴盐;

(3)按比例将1g步骤(2)得到的聚苯乙烯接枝改性小球放入100mL的10mM的硅钼酸水溶液中,避光条件下,35℃下水浴反应12h,室温下水洗48h,真空冷冻干燥得聚苯乙烯催化小球。

实验证明:用1-(4-乙烯基苄基)-3-丁基咪唑嗅盐替代本实施例的1-(4—乙烯基苄基)-3-甲基咪唑溴盐,其它同本实施例,可制备出聚苯乙烯催化小球。

实验证明:实施例1-3的二苯甲酮溶液的溶剂也可用庚烷。

悬浮式光催化反应器见图1,包括容积为10L长方形的玻璃透光容器(10),在玻璃透光容器内设置有曝气头(7),设置在玻璃透光容器外的曝气泵(5)通过管道依次与气体流量计(6)和曝气头(7)连接;设置有第1阀门(2)的进料管一端与进料泵(1)连接,另一端设置在玻璃透光容器(10)内,在玻璃透光容器(10)外设置有两个55W日光灯(8),在玻璃透光容器(10)内还设置有聚偏氟乙烯平板微滤膜原件(9)和聚苯乙烯催化小球(11),聚偏氟乙烯平板微滤膜原件(9)通过管道依次与设置在玻璃透光容器(10)外的第2阀门(3)和出料泵(4)连接。

实验:

在玻璃透光容器中,通入6L染料废水(染料为酸性橙II),在pH=1、实施例1制备的聚苯乙烯催化小球浓度为0.5g/L、水力滞留时间为4h、曝气速率为4L/min时,降解0.2g/L酸性橙II染料,酸性橙II降解率在100min内达到100%。

在玻璃透光容器中,通入6L染料废水(染料为酸性橙II),在pH=1、实施例2制备的聚苯乙烯催化小球浓度为0.5g/L、水力滞留时间为4h、曝气速率为4L/min时,降解0.1g/L酸性橙II染料,酸性橙II降解率在100min内达到94%。

在玻璃透光容器中,通入6L染料废水(染料为酸性橙II),在pH=1、实施例3制备的聚苯乙烯催化小球浓度为0.2g/L、水力滞留时间为4h、曝气速率为4L/min时,降解0.2g/L酸性橙II染料酸性橙II降解率在100min内达到84%。

实验证明,透光容器的材质还可以选聚甲基丙烯酸甲酯。

本发明的染料选用酸性橙II,仅是为了使本领域的技术人员能够更好地理解本发明,与酸性橙II性质相似的其它染污物均可以用本发明的聚苯乙烯催化小球和悬浮式光催化反应器进行降解去除。

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