一種污水處理凈化劑及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬污水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種集高吸附、光敏化和光催化于一體的污水處理凈化劑及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]20世紀(jì)以來，經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和工業(yè)化大生產(chǎn)帶來了巨大的負(fù)面效應(yīng)一地球生態(tài)的日益惡化。目前各國政府已經(jīng)意識到了環(huán)境問題的嚴(yán)重性，把環(huán)境凈化與能源開發(fā)等一系列問題提升到關(guān)系國家生存與發(fā)展的高度來對待，因而這方面的研究與技術(shù)開發(fā)備受世人的關(guān)注。
[0003]隨著紡織業(yè)的迅速發(fā)展，紡織業(yè)的廢水已經(jīng)成為水環(huán)境的重點污染源之一，染料廢水具有色度高、無機(jī)鹽含量高、成分復(fù)雜、可生化性差、脫色困難等特點，因此能夠有效的處理染料廢水具有重要的理論和實際意義。
[0004]目前對染料廢水的處理的方法主要包括物理法、生化法、化學(xué)法等。物理吸附法對于高濃度的染料廢水效率較高，但受吸附動力學(xué)的影響，當(dāng)廢水中染料濃度較低時，就不能完全去除染料；膜分離技術(shù)由于價格昂貴和效率低下而得不到廣泛運用；生化法也存在對色度的去除率不高的缺點。近些年來發(fā)展起來的光催化氧化降解有機(jī)毒害物法，尤其是紡織業(yè)廢水，提供了一種良好的處理廢水的途徑，特別是在較低濃度的的情況下，能夠彌補物理吸附的缺陷，能將廢水中染料完全降解。中國發(fā)明專利CN 101863524B，公開了“一種光催化氧化降解含染料廢水的方法”，該方法以直徑小于3納米的鉬納米線為光催化劑，在自然光的條件下，光催化降解廢水中的染料，該法只能處理染料的濃度為5-60毫克每升的廢水，屬于較低濃度的染料廢水，不能處理高濃度的染料廢水。
[0005]對于水體的污染，重金屬離子也是污水中常見的污染物。重金屬離子主要來自于電鍍、冶煉、五金、化工、礦山開采等部門。重金屬離子的威脅在于，其不能被微生物分解，相反會在生物體內(nèi)富集，并把它轉(zhuǎn)化為毒性更大的重金屬有機(jī)化合物。人類作為食物鏈的頂端，如果誤食、誤飲了含有重金屬離子的動植物以及水，會對人的身體造成極大的毒害作用。故除去廢水中的重金屬離子顯得十分重要。
[0006]目前重金屬離子廢水處理方法主要有:化學(xué)沉淀法、電解法、溶劑萃取分離、離子交換法、膜分離技術(shù)和吸附法。盡管這些方法都有一定的優(yōu)點，但也存在一些缺點，如成本高，去除率低，操作繁瑣，耗能大等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種集高吸附、光敏化和光催化于一體的污水處理凈化劑及其制備方法和應(yīng)用，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。
[0008]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案:
一種污水處理凈化劑，其為氮摻雜水合氧化鎢，且具有如下化學(xué)式=H2Wh5Ou.H2OiN0
[0009]該凈化劑集高吸附、光敏化和光催化于一體去除廢水中染料及金屬陽離子。
[0010]具體而言，由于本發(fā)明凈化劑的表面帶負(fù)電荷，能夠利用光催化有效的去除低濃廢水中的染料，并且其優(yōu)異的吸附性能使該凈化劑在處理高濃度的染料廢水以及金屬陽離子(尤其是重金屬離子)廢水時亦有良好的性能。
[0011]一種污水處理凈化劑的制備方法，包括:
將含有鎢元素、氮元素的化合物分散和/或溶解于有機(jī)溶劑中混合均勻，使N元素與W元素的摩爾比為0.5^50:1，并在100?200°C反應(yīng)I?12h，而后將混合反應(yīng)物自然冷卻，再分離出其中的固形物，經(jīng)洗滌、干燥后，獲得所述污水處理凈化劑。
[0012]進(jìn)一步的，該制備方法中，優(yōu)選將混合反應(yīng)體系中的含有鎢元素的化合物濃度控制在0.005^0.1摩爾/升。
[0013]進(jìn)一步的，該制備方法可以包括:將混合反應(yīng)物自然冷卻后，以1000?1000rpm的轉(zhuǎn)速離心10?120min，從而分離出其中的固形物。
[0014]進(jìn)一步的，該制備方法可以包括:將所述固形物以無水乙醇洗滌I次以上，再以1000?1000rpm的轉(zhuǎn)速離心20?120min，而后將分離出的固形物于50?100°C干燥Ih以上，獲得所述污水處理凈化劑。
[0015]在一典型實施案例中，該制備方法可以包括如下步驟:
(1)將含有鎢元素、氮元素的化合物分散和/或溶解于無水醇中，并混合均勻；
(2)將得到的混合物置于水熱反應(yīng)釜中，反應(yīng)溫度為100?200°C，反應(yīng)時間為I?12小時；
(3)待反應(yīng)釜自然冷卻后，將反應(yīng)產(chǎn)物于1000?1000rpm的轉(zhuǎn)速下離心，離心時間為10?120min，得到沉淀物，然后，將沉淀用無水乙醇洗滌I?5次，并于1000?1000rpm的轉(zhuǎn)速下離心，離心時間為20?120min ；
(4)將離心后產(chǎn)物至于鼓風(fēng)干燥箱中干燥，干燥溫度為50?100°C，干燥時間為I?10h，得到白色產(chǎn)物，即為所述污水處理凈化劑。
[0016]進(jìn)一步的，前述含有鎢元素的化合物可選自但不限于鎢酸銨、偏鎢酸銨、鎢酸鈉、鎢酸、六羰基鎢、六氯化鎢WCl6中的任意一種或兩種以上的組合。
[0017]進(jìn)一步的，前述含有氮元素的化合物可選自但不限于尿素、氯化銨、氨水、吡啶、聯(lián)氨、硝酸銨中的任意一種或兩種以上的組合。
[0018]進(jìn)一步的，前述有機(jī)溶劑可選自但不限于無水醇，例如無水乙醇和/或無水甲醇。
[0019]前述污水處理凈化劑在凈化廢水中的應(yīng)用，所述廢水含有染料和/或金屬陽離子。
[0020]具體而言，所述凈化劑可通過吸附、光敏化和光催化作用等去除廢水中的染料和/或金屬陽離子。
[0021]進(jìn)一步的，所述廢水含有濃度為10?800毫克/升的染料和/或含有金屬陽離子的化合物。
[0022]一種廢水凈化方法，包括:將前述污水處理凈化劑與廢水按照大于或等于Img:2mL的質(zhì)量體積比混合，在室溫、黑暗條件下，靜置或振蕩吸附Ih以上，例如I?24h ;
所述廢水內(nèi)含有染料和/或金屬陽離子。
[0023]進(jìn)一步的，所述廢水含有濃度為10?50毫克/升的染料和/或含有金屬陽離子的化合物。
[0024]—種廢水凈化方法，包括:將前述凈化劑與廢水按照大于或等于Img:2mL的質(zhì)量體積比混合，在室溫、黑暗條件下，靜置或振蕩吸附Ih以上，而后于波長為350?900nm，優(yōu)選400?900nm的光照條件下降解0.5h以上；
所述廢水內(nèi)含有染料和/或金屬陽離子。
[0025]進(jìn)一步的，該方法中在完成吸附后，是將混合反應(yīng)體系置于光照條件下降解
0.5 ?1h0
[0026]進(jìn)一步的，所述廢水含有濃度為50?800毫克/升的染料和/或含有金屬陽離子的化合物。
[0027]前述染料可選自但不限于羅丹明B、亞甲基藍(lán)或維多利亞藍(lán)B ;
前述金屬陽離子可選自但不限于銅離子、鉻離子、鎘離子、鉛離子、鎳離子、鋅離子、汞離子或鐵離子。
[0028]前述室溫是指環(huán)境溫度為25°C左右。
[0029]本發(fā)明的凈化劑能夠處理高濃度以及低濃度廢水，在較低濃度(例如，10?50毫克/升)的染料廢水中，凈化劑的光催化起主要作用；在較高濃度(例如，50?800毫克/升)的染料及金屬陽離子廢水中，凈化劑的吸附作用起主要作用。
[0030]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果包括:
1、該污水處理凈化劑能夠有效的通過光催化和光敏化去除廢水中的染料，尤其是在低濃度情況下，去除效果顯著，脫色率高。
[0031]2、當(dāng)廢水中染料及重金屬離子濃度較高時，該污水處理凈化劑可以通過吸附有效的去除廢水中的有害成分，對重金屬離子，尤其是重金屬陽離子有顯著的吸附效果。
【附圖說明】
[0032]圖1是本發(fā)明實施例1制備的凈化劑的XRD衍射圖譜與標(biāo)準(zhǔn)卡片HF # 48-0719的比較。
[0033]圖2是本發(fā)明實施例1制備的凈化劑的掃描電鏡(SEM)照片。
[0034]圖3是本發(fā)明實施例1制備的凈化劑的紅外(IR)譜圖。
[0035]圖4是本發(fā)明實施例1制備的凈化劑的X光電子能譜(XPS)譜圖。
[0036]圖5是本發(fā)明實施例1制備的凈化劑在不同濃度的羅丹明等溫吸附曲線。
[0037]圖6是本發(fā)明實施例2制備的凈化劑在50暈升,50暈克/升的羅丹明B溶液中的吸附量-時間曲線。
[0038]圖7是本發(fā)明實施例2制備的凈化劑在50暈升，10暈克/升的羅丹明B溶液中，在波長大于365納米的氙燈照射下的降解-時間曲線。
【具體實施方式】
[0039]本發(fā)明通過摻氮工藝和質(zhì)子化工藝的結(jié)合，獲得了前述凈化劑，其既能夠治理工業(yè)排放的重金屬污水，也能夠清除