[发明专利]TiO2薄膜电极光电转盘处理难降解有机废水的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种处理难降解有机废水的方法，尤其涉及一种TiO₂薄膜电极光电转盘处理难降解有机废水的方法，可将光电催化技术放大应用并提高光照效率。属于环境催化技术和电化学领域。

背景技术

随着工业生产的深入发展，工业废水的种类和排放量日益增多，成分更加复杂，而且往往含有难生物降解的有毒有害的化学污染物，对环境和人类健康造成了极大的危害。所以难降解有机污染物的治理已成为全世界环境学科研究的热点。故在生物法研究的同时，一系列针对难生物降解的所谓高级氧化技术也被广泛研究。自1972年Fujishima发现TiO₂可光催化裂解水以来，TiO₂半导体光催化技术在难降解有机物的处理方面便逐渐得到了广泛的研究。为解决TiO₂难与废水分离的问题，TiO₂被固定在各种载体上，由于TiO₂固定化会引起其表面积下降从而使其光催化活性下降，1982年，Ward把TiO₂膜材料作为阳极，通过外加阳极偏压来阻止光生电子和空穴的简单复合，从而提高其光催化活性(Ward，J.Phys.Chem.1982，86，3599-3605)，自此，光电催化技术引起了人们广泛的关注。TiO₂半导体光电催化技术是一种利用紫外光作激发光源，通过外加偏压使光生电子和空穴得以有效分离，并分别与H₂O或O₂反应生成具有强氧化能力的活性自由基来氧化降解有机物的一种氧化技术。国内外有许多研究者在光电催化氧化降解有机废水领域进行了不少的探索，如开发新型电极制备方法、电极掺杂修饰等。但长期以来，有机物溶液本身对紫外光的吸收一直被忽视。在传统的光电反应装置中，光阳极被完全置于溶液中，激发光必须透过较厚(往往是数厘米)的溶液才能照射到电极上。而事实上，无论是在紫外光区还是可见光区，有机物溶液(尤其是带色有机物废水)都会有不同程度的光吸收，这势必会引起激发光源很大的光损失，使得到达电极表面的光强度下降，从而使得光生电子和空穴的产率下降，最终使得污染物的降解效率降低。为了提高降解效率，只能提高激发光源的功率，这样就增加了运行能耗。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种TiO₂薄膜电极光电转盘处理难降解有机废水的方法，减少激发光在有机溶液中传输时的损失，提高激发光的利用率和光催化效率，使之更为节能和高效。

为实现上述目的，本发明用直接热氧化法或溶胶-凝胶法将TiO₂光催化剂负载在基底上，并以单片方式或多片串联方式固定在转轴上组成光电转盘，用作光阳极放置在半圆弧反应槽中，光阳极的一半浸没在废水中，Cu片作阴极，光阳极和阴极分别连接直流电源的正负极。调节直流电源的电压，开动马达并通过调速器控制光阳极的转速，使光阳极表面形成一层液膜。以紫外灯或太阳光为激发光源，激发光只需透过该液膜即可照射到光阳极催化剂表面，提高了激发光源的利用率和光电催化降解效率。

本发明的方法具体包括如下步骤：

1)采用不锈钢圆盘或钛圆盘作为基底，用直接热氧化法或溶胶-凝胶法将TiO₂光催化剂负载在基底上，并以单片方式或多片串联方式固定在转轴上组成光电转盘，用作光阳极，光阳极的转轴与马达相连接。

2)将光阳极放置在半圆弧反应槽中，光阳极的转轴处于废水的水面位置，使光阳极一半浸没在废水中，光阳极通过与转轴相连的炭刷与直流电源的正极相连。

3)以Cu片作阴极，放置在光阳极对面反应槽内壁处，通过导线与直流电源的负极相连接。

4)调节直流电源的电压为0.4-1.0V；开动马达，并通过调速器控制光阳极转动的转速为60-90rpm，使光阳极表面形成一层液膜。

5)采用激发光源照射光阳极，使激发光透过液膜照射到光阳极表面。

6)1-4小时后取样分析，测定废水中有机物的去除率，完成难降解有机废水的处理。

本发明的光电转盘除了单片形式，还可以设计成生物转盘的形式，即多片TiO₂圆盘串联在同一转轴上，紫外光源可以放在圆盘两侧照射，也可以置于相邻的两片圆盘之间，或者采用太阳光收集器置于转轴的两侧收集太阳光反射到转盘上，这样每一片圆盘的两个表面都可得到利用，空间和光源利用率均可得以进一步提高。

本发明可以在反应槽内的废水中添加电解质无水硫酸钠调节电导率，以提高溶液的电导率，添加量为0.5-2g每升。