[发明专利]一种PVDF@BWO-MnOx

说明书

本发明公开了一种PVDF@BWO‑MnO_x制备及氧化As(III)的方法，发明采用非溶剂诱导相分离法(NIPS)将水热法制备的钨酸铋(记为BWO)光催化剂与聚偏氟乙烯(PVDF)基体材料相结合，进而构筑PVDF@BWO复合膜，通过光催化氧化Mn(II)形成新型光催化剂PVDF@BWO‑MnO_x。该PVDF@BWO‑MnO_x复合膜在暗态环境中对As(III)具有较好的氧化效果。

技术领域

本发明属于环境与化学工程技术领域，涉及到新型光催化剂PVDF@BWO-MnO_X的制备及其氧化水环境中As(III)的方法。

背景技术

近年来，随着纺织、食品、家具制造等染料相关行业的快速发展，产生了大量印染废水，导致淡水资源的严重浪费，如何解决这一难题是近年来的研究热点。据报道，世界上生产的染料约有20％在染色过程中损失，并作为有色废水排出。且先前的研究证实，染料废水中不仅含有高毒性、致癌性的染料，亦包含有毒的无机砷化合物和锰离子。锰和砷的污染严重危害着水环境和人类健康，长期饮用含有过量Mn和As的水体会增加患心脏病、皮肤病和膀胱癌的风险。因此，处理砷和含锰废水迫在眉睫。

光催化技术具有绿色环保和高效彻底等优点，受到人们的广泛关注。水热法生成的钨酸铋(记为BWO)有良好的光化学稳定性、无毒性和光催化活性，但是在使用过程中存在易团聚的问题，这严重制约着BWO的进一步应用。其中非溶剂诱导相分离法(NIPS)作为制备光催化复合膜的一种常用手段，能将光催化剂有效固定在聚偏氟乙烯(PVDF)基体材料中，提高复合膜的比表面积和表面活性位点。PVDF@BWO复合膜的形成氧化Mn(II)后，新形成的PVDF@BWO-MnO_X复合膜可进一步氧化As(III)，且PVDF@BWO-MnO_X对As(III)具有较好的氧化效果和重复使用效果。然而，目前我们尚未查到PVDF@BWO-MnO_X制备及氧化As(III)的技术和专利。

发明内容

为实现本发明目的，本发明的技术方案是采用NIPS法将BWO光催化剂与PVDF基体材料相结合，进而构筑光催化性能优异的PVDF@BWO复合膜，进行氧化Mn(II)的光化学反应，生成强氧化剂高价锰氧化物。随后在所形成的PVDF@BWO-MnO_x体系中，暗态条件下反应将As(III)氧化为As(V)，且效率和稳定性都较高。

该发明所采用的技术方案按照以下步骤进行：

(a)分别称取Bi(NO3)3·5H2O和Na2WO4·2H2O(控制Bi/W摩尔比为2.15)，依次溶解在一定量的1.2M HNO3和1.2M NaOH溶液中，将两种溶液完全混合，搅拌2-4h后加热，冷却，随后用无水乙醇和蒸馏水进行反复的清洗，最后干燥13-20h后得到钨酸铋粉末(记为BWO)；

(b)称取一定量步骤(a)得到的BWO粉末溶解在一定量二甲基甲酰胺(DMF)溶液中，室温下超声0-2h；

(c)将步骤(b)得到的试液置于磁力搅拌器上，开启搅拌的同时缓缓加入已预先干燥的聚偏氟乙烯(PVDF)粉末，一定温度和一定转速条件下连续搅拌20-25h得到均相聚合物溶液(铸膜液)；

(d)通过小型自动涂膜机将步骤(c)中得到的铸膜液均匀的涂覆在玻璃板表面；

(e)将步骤(d)所得玻璃板在空气浴中滞留9-15s后，浸没在装有去离子水的凝固浴中20-25h，随后每隔一时间换一次水以除去残留溶剂；

(f)将步骤(e)所得PVDF@BWO膜置于去离子水中保存备用；

(g)将一定量PVDF@BWO复合膜置于光催化反应器中，加入一定量Mn(II)溶液(控制其浓度为60-100mg L^-1)，并调节至适宜pH值；