[发明专利]一种三相三维光电反应填料的制备方法

说明书

本发明公开了一种三相三维光电反应填料的制备方法，属于水处理及水污染防治技术领域，将Fe和N掺杂改性的TiO₂负载于活性炭颗粒上，与绝缘涂膜活性炭混合制成三维电解耦合光催化反应器的填充颗粒，该填充颗粒组分及各组分占填料总量的质量百分含量分别为：Fe‑N‑TiO₂/AC为70～80％，涂膜活性炭为30～20％，其中Fe³⁺和N掺杂质量分数分别为0.1～0.2％和1～2％。本发明填充粒子在三维电解耦合光催化的体系中具有光电协同作用和浓差吸附作用，能够有效提升光催化效率和降解速率，并且该填充材料能在可见光下运行，减少了设备的成本，具有药剂消耗少、操作简单、后续处理容易和环境友好等优点。

技术领域

本发明涉及一种光电反应填料的制备方法，特别是涉及一种三相三维光电反应填料的制备方法，属于水处理及水污染防治技术领域。

背景技术

随着我国工业的快速发展，产生的废水也越来越难处理，其具有水量大、成分复杂和难生物降解等特点，传统的处理方法如物理化学法和生物法在处理高浓度有机废水时存在处理费用较高、污泥量高、可能引起二次污染等问题；TiO₂作为光催化剂具无毒、化学稳定性好和廉价易得等优点，具有广阔的应用前景，但是TiO₂的禁带较宽，只能被紫外光激发产生光催化活性，可见光利用率低，电子空穴容易复合，导致光催化效率低。

大量研究表明：对TiO₂进行非金属离子N的掺杂改性，可以有效改变TiO₂的晶格结构，使其禁带宽度减小，增强其对光的吸收强度，金属离子Fe³⁺的掺杂能成为光生电子的捕获体，促进电子-空穴的分离，提高光子利用率；电化学中三维电解法占地面积小、比表面积大、物质的传质效果好、电流效率高，处理高浓度有机废水具有药剂消耗少、操作简便、环境友好等优点，将多相三维电极技术与多相光催化技术相结合，可以构成多相三维电极电助光催化体系，填充粒子在三维电解耦合光催化的体系中具有光电协同作用和浓差吸附作用，能够有效提升光催化效率和降解速率。

目前，三相三维光电催化技术还不够成熟，具体表现为：

1)一些填充材料如分子筛、陶瓷等存在比较严重的催化剂活性组分流失问题，耐酸碱性较差，不适用于强酸强碱性废水；

2)光催化剂可见光利用率低，而且电子-空穴复合速率快，催化剂易失活，催化效率低；

3)三维电解运行过程中容易产生短路电流，使电解效率降低。

发明内容

本发明的主要目的是为了提供一种三相三维光电反应填料的制备方法，通过将Fe和N掺杂改性的TiO₂负载于活性炭颗粒上，与绝缘涂膜活性炭混合制成三维电解耦合光催化反应器的填充颗粒，将有效提高难降解有机物的降解能力，具有可见光利用率高、吸附能力强和污染物去除率高等特点。

本发明的目的可以通过采用如下技术方案达到：

一种三相三维光电反应填料的制备方法，将Fe和N掺杂改性的TiO₂负载于活性炭颗粒上，与绝缘涂膜活性炭混合制成三维电解耦合光催化反应器的填充颗粒，该填充颗粒组分及各组分占填料总量的质量百分含量分别为：Fe-N-TiO₂/AC为70～80％，涂膜活性炭为30～20％，其中Fe³⁺和N掺杂质量分数分别为0.1～0.2％和1～2％。

三相三维光电反应填料的制备方法，包括如下步骤：

步骤S1：活性炭的预处理；

步骤S2：Fe-N-TiO₂/AC粒子电极的制备；

步骤S3：涂膜活性炭的制备；

步骤S4：粒子电极催化剂填料的制备。