專利名稱：一種可見光催化降解硫化礦選礦廢水中有機成分的方法
技術領域：
本發明涉及一種處理選礦廢水的方法，特別涉及對硫化礦選礦廢水的處理方法。
背景技術：
隨著礦業的發展，浮選藥劑的用量越來越大，同時浮選藥劑帶來的環境污染也越 來越嚴重。由于浮選藥劑用量大、效率低、高毒、高污染，選礦廢水中的藥劑殘余量較大，致 使許多礦區生態環境不斷惡化，水體與土壤受到嚴重污染，對人身健康、農業生產和漁業都 造成了很大危害。因此，尋求一種有效、合理的治理選礦廢水的技術是人們亟待解決的重大 難題。近年來，利用半導體材料光催化降解有害污染污染物已成為比較熱門的研究課題 之一。光催化技術不僅能耗低、操作簡便、反應條件溫和、無二次污染，且可有效地將有機污 染物轉化為無機小分子，達到完全無機化的目的。目前使用較多的光催化活性高、穩定性好 的TiO2，但由于其帶隙較寬，只能吸收λ彡387nm的紫外光，光能的利用率低，因此，人們逐 漸把目光轉移到具有窄禁帶寬度的半導體光催化劑。Bi2O3就是一種窄禁帶寬度的半導體， 可以吸收λ彡442. 9nm的太陽光，因此對太陽能的利用率較高，大大降低了處理成本。目 前，還沒有利用氧化鉍光催化處理選礦廢水的相關報道。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是將光催化法用于降解硫化礦選礦廢水中有機成 分，從而解決硫化礦選礦廢水中有機物降解難以及選礦廢水會用影響選礦指標的問題。該 方法采用Bi2O3懸浮體系作為光催化劑，在可見光的照射下降解硫化礦選礦廢水。本發明解決其技術問題采用的技術方案是先將選礦廢水引入圓柱形石英反應器 中，按0. 33 2g/l廢水的比例加入光催化劑Bi2O3，再用磁力攪拌器進行攪拌，使Bi2O3呈 懸浮狀態，然后接通光源，照射30 60分鐘，利用Bi2O3光催化降解廢水中的有機成分，廢 水經降解完成后再生水從主反應器上部流出，在沉淀池中通過自然沉降將再生水帶出的光 催化劑與再生水進行分離。本發明與現有技術相比具有以下主要的優點①去除污染物效果顯著，降解速度快，且催化劑制造工藝簡單，成本較低，促進光 催化反應進一步推向實用化。②污染物的治理以可見光為輻射能源，充分利用自然資源，因此大大降低處理成 本，是一種節能技術。③將污染物最終降解成無機小分子物質，達到完全無機化的目的，從而避免了二 次污染的產生。④經降解后的廢水可達標排放或回用。
圖1為光催化反應系統圖。圖2為光催化劑制備流程圖。圖中1.圓柱形石英反應器；2.光源；3.磁力攪拌器；4.石英冷阱；5.沉淀池。
具體實施例方式本發明提供的可見光催化降解硫化礦選礦廢水中有機成分的方法，該方法是參見圖1，先將選礦廢水引入圓柱形石英反應器1中，按0. 33 2g/l廢水的比例加入光催化 劑Bi2O3，再開啟磁力攪拌器3進行攪拌，使Bi2O3呈懸浮狀態，然后接通光源2，照射30 60分鐘，利用Bi2O3光催化降解廢水中的有機成分，廢水降解完成后所得再生水從圓柱形石 英反應器1上部流出，在沉淀池5中通過自然沉降將再生水帶出的光催化劑與再生水進行 分離。所述光源可以采用能夠濾掉彡420nm紫外光的500W中壓氙燈，該氙燈用于模擬可 見光。參見圖1，所述中壓氙燈置于石英冷阱4內，該冷阱固定在圓柱形石英反應器中 央，冷阱內的夾層中通有冷卻水，通過調節冷卻水的流量來消除中壓氙燈的熱效應，使圓柱 形石英反應器內溶液溫度恒定，因此整個反應過程中要求保持冷卻水的流通。所用光催化劑Bi2O3的制備流程參見圖2，其制備步驟包括①前驅體的制備將五水硝酸鉍、濃硝酸(質量分數濃度為68% )、去離子水按照 摩爾比為1 3.04 111. 2于聚四氟乙烯容器中混勻，然后慢慢滴加KOH溶液至pH呈中 性，邊滴加邊攪拌，反應Ih后得到固體沉淀；最后將沉淀濾出后烘干(120°C)、磨碎，得到前 驅體粉末；②光催化劑Bi2O3的制備將前驅體粉末于303°C 800°C中煅燒6h，得到粒徑為 1. 8 5. 9 μ m (優選 1. 8 1. 9 μ m) Bi2O3 粉末。下面結合處理含丁黃藥廢水和含乙硫氮廢水的實施例對本發明作進一步說明，但 不限定本發明。實例1 本實施方式處理含丁黃藥廢水方法步驟如下先將30ml濃度為39. 818mg/l 丁 黃藥模擬廢水加入圓柱形石英反應器中，分別加入10mg、30mg、60mg燒結溫度為303°C的 Bi2O3，磁力攪拌使光催化劑一直處于懸浮狀態，然后用能夠濾掉< 420nm紫外光的500W中 壓氙燈作為光源進行照射，光照60min后丁黃藥濃度隨時間變化情況如表1所示。由表1可知隨著Bi2O3用量的增加，丁黃藥的降解率逐漸上升，但起初上升較快，隨 后上升幅度逐漸減緩。實例2 本實施方式處理含丁黃藥廢水方法步驟如下先將30ml濃度為20mg/l 丁黃藥模 擬廢水加入圓柱形石英反應器中，加入30mg燒結溫度為303°C的Bi2O3，磁力攪拌使光催化 劑一直處于懸浮狀態，然后用能夠濾掉彡420nm紫外光的500W中壓氙燈作為光源進行照 射，光照30min后，廢水中丁黃藥的的濃度為0. 078mg/l,降解率可達99. 61 %。實例3
本實施方式處理含丁黃藥廢水方法步驟如下先將30ml濃度為39. 818mg/l 丁 黃藥模擬廢水加入圓柱形石英反應器中，分別加入30mg燒結溫度為303°C、40(TC、50(rC、 600°C、700°C、800°C的Bi2O3，磁力攪拌使光催化劑一直處于懸浮狀態，然后用能夠濾掉 (420nm紫外光的500W中壓氙燈作為光源進行照射，光照30min后丁黃藥濃度隨時間變化 情況如表2所示。實例4
本實施方式處理含乙硫氮廢水方法步驟如下將30ml濃度為40mg/l乙硫氮模 擬廢水加入圓柱形石英反應器中，加入30mg燒結溫度為303°C的光催化劑Bi2O3，開啟磁 力攪拌器進行攪拌，使光催化劑一直處于懸浮狀態，用能夠濾掉彡420nm紫外光的500W中 壓氙燈作為光源進行照射，光照30min后，廢水中乙硫氮的濃度為1. 576mg/l,降解率可達 96. 06%。實例5 本實施方式中光催化劑Bi2O3的制備的具體步驟如下a.將0. 05mol五水硝酸鉍、IOml濃硝酸(質量分數濃度為68% )和IOOml去離子 水加入聚四氟乙烯容器中，攪拌至溶解均勻為止；b.配制濃度為 2mol/l 的 KOH 200ml ；c.將溶液b逐滴加入溶液a中，邊滴加邊攪拌，至pH呈中性；d.反應Ih后，將得到的固體沉淀濾出，濾餅于120°C烘箱干燥，烘干后用瑪瑙研缽 磨碎即得前驅體粉末；e.將前驅體粉末放入瓷坩堝，置于馬弗爐中從室溫加熱至303°C，保溫6h，自然降 至室溫即可得到粒徑為1. 87 μ m的光催化劑Bi203。附表表 1
Bi2O3用量/mg_______黃藥濃度/(mgT1) 降解率/%
037.9984.57107.56581.00
30 0.78 98.04 60 _ 0.498_98.75表2
Bi2O3煅燒溫度/°C 黃藥濃度/(mgT1) 降解率/% 3030.24799.38
40021.85645.1150014.99162.35 600 11.049 72.25 700 28.876 27.48 800 33.861 14.9權利要求
一種可見光催化降解硫化礦選礦廢水中有機成分的方法，其特征在于先將選礦廢水引入圓柱形石英反應器中，按0.33～2g/l廢水的比例加入光催化劑Bi2O3，再用磁力攪拌器進行攪拌，使Bi2O3呈懸浮狀態，然后接通光源，照射30～60分鐘，利用Bi2O3光催化降解廢水中的有機成分，廢水經降解完成后再生水從主反應器上部流出，在沉淀池中通過自然沉降將再生水帶出的光催化劑與再生水進行分離。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所用光催化劑Bi203的制備步驟包括①前驅體的制備將五水硝酸鉍、濃硝酸、去離子水按照摩爾比為1 3.04 111. 2于 聚四氟乙烯容器中混勻，然后慢慢滴加K0H溶液至pH呈中性，邊滴加邊攪拌，反應lh后得 到固體沉淀；最后將沉淀濾出后烘干、磨碎，得到前驅體粉末；②光催化劑Bi203的制備將前驅體粉末于303°C 800°C中煅燒6h，得到粒徑為1.8 5. 9iim (優選 1. 8 1. 9iim)Bi203 粉末。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述光源采用能夠濾掉<420nm紫外光 的500W中壓氙燈，該氙燈用于模擬可見光。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述中壓氙燈置于石英冷阱內，該冷阱固 定在圓柱形石英反應器中央，冷阱內的夾層中通有冷卻水，通過調節冷卻水的流量來消除 中壓氙燈的熱效應，使圓柱形石英反應器內溶液溫度恒定。因此，整個反應過程中要求保持 冷卻水的流通。
全文摘要
本發明公開了一種可見光催化降解硫化礦選礦廢水中有機成分的方法，它是在可見光下以共沉淀法制得的粉末狀Bi2O3為光催化劑降解硫化礦選礦廢水中的有機成分。具體是先將選礦廢水引入圓柱形石英反應器中，按0.33～2g/l廢水的比例加入光催化劑Bi2O3，再開啟磁力攪拌器進行攪拌，使Bi2O3呈懸浮狀態，然后接通光源，照射30～60分鐘，利用Bi2O3光催化降解廢水中的有機成分，廢水經降解完成后再生水從主反應器上部引入沉淀池，在沉淀池中通過自然沉降將再生水帶出的光催化劑與再生水進行分離。本發明具有工藝反應速度快，去除污染物效果顯著，且不產生二次污染等優點。
文檔編號C02F101/30GK101830537SQ20101013264
公開日2010年9月15日 申請日期2010年3月23日 優先權日2010年3月23日
發明者劉紅, 周國華, 梅光軍, 雷玉剛 申請人:武漢理工大學