专利名称：一种光催化净化水中五氯酚的方法
技术领域：
本发明涉及一种利用硅酸铋光催化剂净化水中五氯酚(PCP)的方法，属于环境光 催化技术领域。
背景技术：
五氯酚(PCP)曾经被广泛用作木材防腐剂、防锈剂、消毒剂、杀菌剂、杀虫剂和除 草剂，具有恶臭和高毒性，是一种广泛存在于水体且具有“三致”(致癌、致畸、致突变)效应 和遗传毒性的有机难降解污染物，不易被分解且容易通过食物链富集在生物体内，从而对 自然生态和人类健康造成严重的威胁，已被美国环保局列入优先控制污染物的名单。同时， PCP在自然环境中还能被转化为毒性更强的多氯代二苯并二恶英(PCDDs)和多氯二苯并呋 喃(P⑶Fs)，因此寻求经济和环境友好的PCP净化技术是十分重要的。生物法是净化水中PCP的一种有效方法，具有成本低和易操作的优点，但是该方 法存在着处理周期长，对微生物毒性作用大和高浓度PCP处理效率低等缺点。物化法主要 包括吸附法、混凝法、萃取法和膜处理法等。该方法仅仅是PCP从一种介质向另一种介质转 移的过程，通常会产生新的污染，因此需要后续处理过程才能达到彻底清除PCP的目的。超 声化学降解法存在能量利用率低，处理量小，操作费用高等问题。湿式氧化法需要高压设 备，装置造价昂贵，催化剂损耗大，且对低浓度PCP废水处理不经济。电化学降解法由于受 到电极材料的限制，存在电流效率低、电耗高及电极寿命短等缺点，因此难以实现工业化。光催化降解技术是70年代发展起来的一种净化水体中难降解有机污染物的新方 法，具有能耗低、操作方便、反应条件温和、氧化能力强、与环境兼容等优点，利用该技术净 化难降解有机废水已经成为国内外的研究热点。光催化剂在光照条件下能够产生电子-空 穴对，价带空穴(h+vb)具有很强的氧化能力，能够高效去除水中有机物；同时吸附在催化剂 表面的O2和H2O能够与导带电子反应产生各种活性自由基，如羟基自由基(0H ·)，超氧阴 离子自由基(02·_)等，这些活性自由基能够与PCP发生氧化还原反应，将其转化为毒性低 的物质或者将其矿化为二氧化碳和水，从而有效降解PCP，具有广阔的工业应用前景。硅酸铋晶体是一种宽带隙、高电阻率的非铁电立方半导体，具有独特的光电、光电 导、光折变及声光性能。近年来，作为一种重要的光电材料，硅酸铋晶体已经引起材料科学 和光催化领域的高度重视。专利号为ZL 200710166218. 4，名称为一种硅酸铋粉体光催化剂 的制备方法，公开号为CNlOl 157026Α的专利详细介绍了硅酸铋的制备方法。文献“C. H. He, Μ. Y. Gu. Preparation, characterization and photocatalytic properties of Bi12SiO20 powders ScriptaMaterialia 2006(55) :481_484”采用化学溶液分解法(CSD)制备硅酸铋 粉体，并考察其对光催化降解刚果红的性能，结果表明光照一小时后硅酸铋对刚果红的脱 色效率高达92. 1%。本发明所要解决的问题是高效去除水中PCP污染物，克服现有净化氯酚类污染物 技术的不足，提供一种高效、节能、操作简单的氯酚类污水的处理方法。
发明内容
本发明的目的在于解决工业生产过程中PCP的污染问题，提供一种以硅酸铋为光 催化剂净化水中PCP的方法，能够克服现有净化方法能耗高、操作复杂、反应条件剧烈和净 化能力差的缺点，具有良好的经济和环境效益。利用硅酸铋为光催化剂净化水中PCP的方法包括如下步骤a)配制一定浓度的PCP溶液；b)向PCP溶液中加入硅酸铋光催化剂；c)黑暗条件下超声10分钟，使硅酸铋光催化剂均勻分散于PCP溶液；d)将C)步骤的混合溶液在黑暗条件下磁力搅拌以达到PCP的吸附平衡；e)采用氙灯进行照射，同时反应液的温度通过水浴保持恒温；f)定时取样，离心分离后取样品上清液，分析PCP的浓度变化；g)抽滤反应液，分离回收光催化剂。本发明所述的PCP污水的处理方法，其中，在步骤a)中所述PCP的初始浓度为2
10毫克/升；本发明所述的PCP污水的处理方法，其中，在步骤e)中所述的氙灯波长范围是 300 800纳米，功率为500瓦；本发明中，所采用的光催化装置由直流电源、镇流器和氙灯组成，其他部件包括石 英反应器、水浴锅和磁力搅拌器等，所用部件均可从相关设备供应商获得，也可自行设计搭建。本发明提供的对水中PCP的分析方法如下采用高效液相色谱(HPLC Waters 1525)进行分析，流动相为甲醇和乙酸胺水溶液 (含0.02摩尔/升乙酸胺)的混合液，体积比为85 15，流速1.0毫升/分钟，紫外检测器 测定波长为312纳米，测试样品经过0.45微米滤膜去除杂质以免堵塞柱子。降解率(％) =(初始PCP浓度-剩余PCP浓度)/初始PCP浓度X 100 %。本发明的优点在于1.采用光能去除水中PCP，高效利用清洁能源；2.能够高效去除水中难降解PCP的污染；3.该方法流程短、设备简单、操作方便、净化率高、光催化剂容易回收利用，具有良 好的经济效益和环境效益。该方法在光催化剂用量为250毫克/升处理200毫升初始浓度为2毫克/升的 PCP污水2小时后，对PCP在高效液相色谱上几乎无法检出，并且光催化剂可在不降低催化 效果的前提下重复使用5次以上。
图1为利用硅酸铋为光催化剂净化水中不同初始浓度PCP过程中浓度随时间的变 化(其中催化剂的用量是250毫克/升，pH = 6. 12)。
具体实施例方式实施例1
将50毫克硅酸铋粉体分散于200毫升初始浓度为2毫克/升的PCP溶液中，在黑 暗条件下将混合液超声10分钟，使催化剂在溶液中完全分散。照射前先将混合液在黑暗条 件下磁力搅拌30分钟以达到吸附平衡，然后用500瓦氙灯(波长是300 800纳米)进行 照射，调节反应液面和氙灯灯头间距为20厘米。光催化降解的过程中磁力搅拌以使反应液 均勻，反应液的温度通过水浴保持在(20士幻度。定期取1毫升样品，离心分离取上清液，采 样后使用HPLC分析PCP的浓度。结果表明，反应进行2小时后，PCP的降解率大于99. 0%。实施例2将50毫克硅酸铋粉体分散于200毫升初始浓度为4毫克/升的PCP溶液中，在黑 暗条件下将混合液超声10分钟，使催化剂在溶液中完全分散。照射前先将混合液在黑暗条 件下磁力搅拌30分钟以达到吸附平衡，然后用500瓦氙灯(波长是300 800纳米)进行 照射，调节反应液面和氙灯灯头间距为20厘米。光催化降解的过程中磁力搅拌以使反应液 均勻，反应液的温度通过水浴保持在(20士幻度。定期取1毫升样品，离心分离后取上清液， 采样后使用HPLC分析PCP的浓度。结果表明，反应进行2小时后，PCP的降解率达87. %。实施例3将50毫克硅酸铋粉体分散于200毫升初始浓度为6毫克/升的PCP溶液中，在黑 暗条件下将混合液超声10分钟，使催化剂在溶液中完全分散。照射前先将混合液在黑暗条 件下磁力搅拌30分钟以达到吸附平衡，然后用500瓦氙灯(波长是300 800纳米)进行 照射，调节反应液面和氙灯灯头间距为20厘米。光催化降解的过程中磁力搅拌以使反应液 均勻，反应液的温度通过水浴保持在(20士幻度。定期取1毫升样品，离心分离后取上清液， 采样后使用HPLC分析PCP的浓度。结果表明，反应进行2小时后，PCP的降解率达84. 5%0实施例4将100毫克硅酸铋粉体分散于200毫升初始浓度为6毫克/升的PCP溶液中，在黑 暗条件下将混合液超声10分钟，使催化剂在溶液中完全分散。照射前先将混合液在黑暗条 件下磁力搅拌30分钟以达到吸附平衡，然后用500瓦氙灯(波长是300 800纳米)进行 照射，调节反应液面和氙灯灯头间距为20厘米。光催化降解的过程中磁力搅拌以使反应液 均勻，反应液的温度通过水浴保持在(20士幻度。定期取1毫升样品，离心分离后取上清液， 采样后使用HPLC分析PCP的浓度。结果表明，反应进行2小时后，PCP的降解率达91. 2%0实施例5将100毫克硅酸铋粉体分散于200毫升初始浓度为10毫克/升的PCP溶液中，在 黑暗条件下将混合液超声10分钟，使催化剂在溶液中完全分散。照射前先将混合液在黑 暗条件下磁力搅拌30分钟以达到吸附平衡，然后用500瓦氙灯(波长是300 800纳米) 进行照射，调节反应液面和氙灯灯头间距为20厘米。光催化降解的过程中磁力搅拌以使 反应液均勻，反应液的温度通过水浴保持在(20士2)度。定期取1毫升样品，离心分离后取 上清液，采样后使用HPLC分析PCP的浓度。结果表明，反应进行2小时后，PCP的降解率达 78. 1%。
权利要求
1.一种利用硅酸铋为光催化剂净化水中五氯酚(PCP)的步骤包括1)配制一定浓度的PCP溶液；；2)向PCP溶液中加入硅酸铋光催化剂；3)黑暗条件下超声10分钟，使硅酸铋光催化剂均勻分散于PCP溶液中；4)将步骤幻所述的混合溶液在黑暗条件下磁力搅拌以达到PCP的吸附平衡；5)采用氙灯进行照射，同时反应液的温度通过水浴保持恒温；6)定时取样，离心分离后取样品上清液，分析PCP的浓度变化；7)抽滤反应液，分离回收光催化剂。
2.根据权利要求1中PCP的净化方法，其中，在步骤1)中，所述PCP的初始浓度为2 10毫克/升。
3.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于PCP的光催化净化过程幻中，所述的氙 灯波长范围是300 800纳米，功率为500瓦的氙灯。
全文摘要
本发明涉及一种利用硅酸铋光催化剂净化水中五氯酚(PCP)的方法。该方法包括将硅酸铋光催化剂和所要处理的五氯酚污水混合搅拌、超声分散、吸附平衡、氙灯照射等过程；五氯酚的光催化降解反应结果表明，该方法能够高效净化水中的五氯酚。本发明能够克服现有净化方法能耗高、操作复杂、反应条件剧烈和净化能力差等缺点，提供了一种流程短、设备简单、净化处理五氯酚效率好的方法，具有广阔的工业应用前景。
文档编号C02F1/30GK102120665SQ20111002026
公开日2011年7月13日 申请日期2011年1月18日 优先权日2011年1月18日
发明者李阳, 段延佩, 牛军峰, 王文龙 申请人:北京师范大学