[发明专利]一种光催化‑生物复合催化剂及其制备与应用

说明书

(一)技术领域

本发明涉及废气处理，特别涉及一种光催化-生物复合催化剂及其制备与在难降解污染物处理中的应用。

(二)背景技术

近年来，挥发性有机污染物(Volatile organic compounds,VOCs)引起的环境污染问题日益严重。尤其是医药、化工、印染等行业中所排放的VOCs，具有成分复杂、毒性高、难降解等特点，对人类赖以生存的生态环境构成严重的危害。因此，对VOCs的防治与治理迫在眉睫。

目前处理VOCs的技术主要有吸附法、燃烧法、吸收法等，但这些传统技术均存在投资费用高、操作过程复杂、能耗大等弊端。其中，生物净化虽然能有效处理低浓度大气量的VOCs，不存在二次污染。然而生物法对于一些难降解、难水溶的VOCs(如氯苯、苯乙烯等)处理效果很差，这是由于污染物本身性质所造成的。紫外光催化技术在难降解VOCs处理上显示出了优势。通过改性，制备的催化剂能有效处理氯代烃、芳香烃等VOCs，去除效率较高，但由于存在催化剂中毒、寿命短及转化不彻底等弊端，制约了紫外光催化技术的规模化应用。近年来，研究者提出了采用光催化-生物净化耦合技术处理难降解VOCs的报道，通过光催化的作用，将其转化为可生化好的组分，后续生物净化就能实行其彻底矿化。但通常这两个单元是分开设置，即光催化在前，生物净化在后，不仅占地面积较大，同时操作也较为复杂，投资和运行费用高。目前也有一些关于复合填料的制备研究，但往往涉及废水领域，且附着的催化剂和微生物均存在附着力不大、易脱落等弊端。废水和废气是完全不同的净化体系，填料的形式也迥然不同，因此两者填料在制备和结构往往存在很大的差异性。因此，本发明提出的用于气态污染物处理的光催化-生物复合载体具有一定的创新性。

在《枯草芽孢杆菌及以其为生物载体制备光催化复合材料降解印染废水的研究》中公开采用枯草芽孢杆菌菌粉和纳米颗粒混合搅拌而成，所获得的成品烘干后为粉末，使用时投入到废水中。而本发明制备的复合载体，采用的是活菌体和氮磷掺杂TiO₂光催化剂分步负载到载体上，并且用于废气处理，同时针对不同的废气成分，可以采用不同的活菌体。

本发明公开了一种光催化-生物复合载体的制备方法，其涉及了一种改性光催化剂的制备、负载以及优势降解菌的附着方法，并将其装填至生物反应器中运行，获得了良好的效果。

(三)发明内容

本发明目的是提供一种光催化-生物复合催化剂及其制备与应用，包括改性TiO₂催化剂制备及其负载方法、特征污染物降解菌群的构建及其附着方法及装载该填料的反应器。本发明中的光催化-生物复合载体的制备及其应用对于废气生物净化，尤其是难降解组分的彻底净化具有重要的指导意义。

本发明采用的技术方案是：

本发明提供一种光催化-生物复合催化剂，所述催化剂以聚氨酯为载体，以N/P-TiO₂和微生物菌体为活性中心，通过吸附法合成；所述N/P-TiO₂的质量负载量以载体重量计为1～10％，所述微生物菌体的负载量以载体重量计为1.0*10⁶～1.5*10⁸cfu/g；所述N/P-TiO₂为掺杂氮、磷的TiO₂，其中掺杂N、P物质的量与TiO₂中Ti物质的量比分别为0.3-0.7：1和0.1～0.9:1；所述微生物菌体为绿色木霉(Trichoderma viride)、皮氏罗尔斯顿菌(Ralstonia pickettii)、长喙壳霉菌(Ophiostoma stenoceras)、潘多拉菌(Pandoraea pnomenusa)、动胶菌(Zoogloea resiniphila)中的一种或多种微生物经发酵培养获得的培养液混合而成。

进一步，优选所述微生物菌体为绿色木霉(Trichoderma viride)CCTCC NO.M：209250、皮氏罗尔斯顿菌(Ralstonia pickettii)CCTCC NO.M：209151、长喙壳霉菌(Ophiostoma stenoceras)CCTCC NO：M 2014531、潘多拉菌(Pandoraea pnomenusa)CCTCC NO:M2011242、动胶菌(Zoogloea resiniphila)CCTCC NO：M2012235中的一种或多种经发酵培养获得的培养液混合而成(更优选CCTCC NO.M：209250培养液和CCTCC NO.M：209151培养液以相等菌落数混合)。