[发明专利]Co/TiO2纳米管阵列的制备方法及应用于制糖废水的降解

说明书

技术领域

本发明涉及Co/TiO₂纳米管阵列的制备方法及应用于制糖废水的降解。

技术背景

制糖工业废水是以甜菜或甘蔗为原料制糖过程中排出的废水。主要来自制糖生产过程和制糖副产品综合利用过程。废水中一般含有有机物和糖分，COD、BOD很高，废水色度深、含氮、磷、钾等元素较高。其主要特点是：酸度大、浓度高、色度深、毒性大。这些废水一旦排入江河水体，会严重破坏水体生态。目前国内外的制糖废水处理主要采用物化法和生化法的结合。即用物化法对废水进行预处理，然后再进入生化系统，最后依次经物化及生物滤池处理后排放。物化法处理包括：沉淀法、吸附法、电化学法、磁分离法、高级氧化法、蒸发浓缩法等；由于制糖废水的可生化性好，因此国内外多采用生化法处理。主要有厌氧处理法(UASB、IC、二段厌氧法)、厌氧-好氧处理法、厌氧-光合细菌处理法、深层暴气、深井暴气法等。但这些方法工艺复杂、处理时间周期长(十几天至几十天不等)，成本也较高。二氧化钛具有化学惰性、抗化学腐蚀和光腐蚀，是一种良好的光催化材料。纳米二氧化钛具有显著的纳米尺寸效应，在光催化材料方面的应用尤为广泛。但颗粒状纳米二氧化钛作光催化材料时需要强加搅拌，且使用后不易清除，二次污染问题严重。利用二氧化钛纳米管的大比表面、强吸附能力及其在钛基底上的强固着性，能更好地克服二氧化钛纳米颗粒光催化剂的不足。由于TiO₂的禁带宽度较宽(约为3.2eV)，光生电子-空穴对寿命短，光催化效率不高。然而，通过金属离子盐对TiO₂的掺杂，可以使捕获的电子释放出来，延长光生电子-空穴对的寿命，提高TiO₂的量子效应，从而能显著提高TiO₂的光催化活性。用超声法制备钴掺杂的Co/TiO₂纳米管阵列并将其成功用于制糖废水的光催化降解尚未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种用超声法制备Co/TiO₂纳米管阵列及应用于制糖废水的降解。

本发明的具体步骤为：

用阳极氧化法在钛片表面制备均匀的二氧化钛纳米管阵列，将其洗净晾干后，放入马弗炉中500℃恒温2h，取出冷却至室温，然后置入0.012mol/L Co(NO₃)₂溶液中，在超声条件下浸泡10分钟，晾干，得Co/TiO₂纳米管阵列。

将Co/TiO₂纳米管阵列置入制糖废水中，用NaOH调节废水pH值为12.5～13.5，在253.7nm波长紫外光下照射20～30小时，实现对制糖废水的光催化降解的应用；照射20小时，COD降解效率可达83.5％以上；照射30小时，COD降解效率可达93.53％以上。

本发明与其它相关技术相比，最显著的特点是Co/TiO₂纳米管阵列是由阳极氧化法制备的二氧化钛纳米管阵列直接经简单的超声浸泡方法制备的，并将Co/TiO₂纳米管阵列应用于制糖废水的光催化降解，达到降解的目的。很大程度地降低制糖废水的处理成本与时间。

具体实施方式

实施例1：

用阳极氧化法在2cm*4cm*0.1cm钛片表面制备二氧化钛纳米管阵列，将其洗净晾干后，放入马弗炉中500℃恒温2h，冷却至室温，取出置入0.012mol/LCo(NO₃)₂溶液中，在室温超声条件下浸泡12分钟，在空气中干燥，即得Co/TiO₂纳米管阵列。将Co/TiO₂纳米管阵列置入50mL制糖废水中，用NaOH调节废水pH值为13，在253.6nm波长紫外光下照射20小时，COD降解效率达83.5％。光照30小时，COD降解效率达93.53％。

实施例2：

用阳极氧化法在1cm*4cm*0.1cm钛片表面制备二氧化钛纳米管阵列，将其洗净晾干后，放入马弗炉中500℃恒温2h，冷却至室温，取出置入0.012mol/LCo(NO₃)₂溶液中，在室温超声条件下浸泡12分钟，在空气中干燥，即得Co/TiO₂纳米管阵列。将Co/TiO₂纳米管阵列置入25mL制糖废水中，用NaOH调节废水pH值为12.5，在253.6nm波长紫外光下照射20小时，COD降解效率达86.4％。光照30小时，COD降解效率达95.04％。

实施例3：

用阳极氧化法在3cm*4cm*0.1cm钛片表面制备二氧化钛纳米管阵列，将其洗净晾干后，放入马弗炉中500℃恒温2h，冷却至室温，取出置入0.012mol/LCo(NO₃)₂溶液中，在室温超声条件下浸泡12分钟，在空气中干燥，即得Co/TiO₂纳米管阵列。将Co/TiO₂纳米管阵列置入75mL制糖废水中，用NaOH调节废水pH值为13.5，在253.6nm波长紫外光下照射20小时，COD降解效率达84.5％。光照30小时，COD降解效率达94.18％。