一種光助多孔鉍酸銅活化過硫酸鹽水處理高級氧化技術的構筑與應用方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及水污染控制技術與一種環境功能材料。
【背景技術】
[0002]香豆素類化合物是廣泛存在于自然界的一類芳香族化合物，分布于許多植物和香料中，在動物及微生物代謝產物中也有存在，其母核為苯并a吡喃酮結構。根據苯環取代基及其位置的不同，香豆素可分為簡單香豆素、呋喃香豆素、吡喃香豆素和其他香豆素等，是一種重要的香味增強劑，廣泛應用于香水、化妝品、去污劑等輕工行業中。香豆素類化合物在對人體具有抗高血壓和抗凝血等藥理作用的同時，也具有對生物體生理毒性的危害作用，如部分香豆素類化合物可引發肝損傷。隨著香豆素類化合物生產量、使用量和排放量的不斷增大，水環境中香豆素類化合物含量顯著增高，給我國生活污水處理及回用技術提出了新的挑戰。因此，開展針對香豆素類化合物去除技術的基礎理論和應用研宄，保障水質安全，具有十分重要的理論和現實意義。
[0003]高級氧化技術主要依靠活性極強的含氧自由基來氧化分解水中難降解污染物。其中，活化過硫酸鹽高級氧化技術是近年來發展起來的一種以硫酸根自由基為主要活性物質降解污染物的新型高級氧化技術。硫酸根自由基氧化能力較強、氧化無選擇性，其氧化產物硫酸根對于水環境中微生物、水生生物影響較小。過硫酸鹽本身氧化污染物質的能力有限、反應緩慢，在光、熱、聲、過渡金屬離子及催化劑等條件下，過硫酸鹽可被強化分解為硫酸根自由基，實現污染物的高效降解與脫毒。
[0004]具有尖晶石結構的鉍酸銅作為一種典型的P型半導體材料，由于具有較寬的帶隙和良好的光催化性能而引起了人們的關注。研宄發現，鉍酸銅是一種性能優良的可見光催化材料，擁有1.5eV的禁帶寬度；其磁性、介電特性、光學特性和光電特性已經被廣泛研宄。鉍酸銅在很寬的波長范圍內具有超強的可見光響應性能，又具有良好的熱穩定性和一定程度的發光性能，所以可作為一種有前景的光助催化劑。通過在鉍酸銅制備工藝中引入表面活性劑聚乙烯吡咯烷酮，制備出具有高表面積和發達孔道的多孔鉍酸銅，可以進一步加強鉍酸銅在光助條件下的催化性能。因此，在高級氧化體系中采用多孔鉍酸銅作為催化劑，在光助條件下活化過硫酸鹽，將光催化產生羥基自由基與活化過硫酸鹽產生硫酸鹽自由基原位耦合，實現難降解有機污染物的強化去除，并為光助活化過硫酸鹽的應用提供理論參考。
【發明內容】
[0005]本發明針對含有香豆素的污染水體，為解決現有常規污水處理效果差的問題，創新性地提出了一種光助多孔鉍酸銅活化過硫酸鹽水處理高級氧化技術，并對多孔鉍酸銅催化劑的制備和應用條件進行說明。本發明制備的催化劑多孔鉍酸銅，利用其特征晶體結構、雙元素特點、較高的比表面積和發達孔道的多重特點，在光助條件下活化過硫酸鹽產生硫酸根自由基，實現對難降解污染物的強化去除。
[0006]本發明提供一種光助多孔鉍酸銅活化過硫酸鹽水處理高級氧化技術的構筑與應用方法，其特征在于(一)利用鉍酸銅特征晶體結構和雙元素特點，將光催化產生羥基自由基與活化過硫酸鹽產生硫酸鹽自由基原位耦合，實現難降解有機污染物的強化去除；通過在鉍酸銅制備工藝中引入表面活性劑，提高其比表面積、拓展孔道，進一步加強鉍酸銅在光助條件下活化過硫酸鹽的能力，實現難降解有機污染物的高效礦化與脫毒；其特征在于
(二)可以通過如下過程完成制備:(I)前驅體溶液制備，將質量為0.0lmol的硝酸鉍溶解于20mL濃度為0.5mol/L的硝酸溶液中，持續攪拌使硝酸鉍完全溶解；向上述溶液中加入質量為0.005mol的硝酸銅，持續攪拌使硝酸鉍完全溶解；向上述溶液中加入聚乙烯吡咯烷酮0.167g，持續攪拌使硝酸鉍完全溶解；(2)沉淀劑制備，質量為40.0g的氫氧化鈉加入40mL水中，形成濃度為25.0mol/L的氫氧化鈉溶液；(3)沉淀，將⑵中沉淀劑逐滴地加入⑴所制備的前驅體溶液中，形成混合沉淀，直到溶液PH達到13.45時為止；(4)老化，將(3)中制備所得的沉淀，置于室溫放置12小時；(5)洗滌，采用去離子水和乙醇洗滌(4)中所得沉淀，去除其中過量氫氧化鈉與無機鹽。此過程重復數次，直到沉淀上清液電導率不變為止；
[6]烘干，將(5)所得沉淀在70°C下烘干24小時，得干燥粉末；(7)煅燒，將(6)所得粉末在高溫馬弗爐中煅燒，爐溫以1°C /min的速率上升至550°C，持續煅燒6小時；⑶冷卻，自然降溫至室溫。
[0007]本發明提供一種光助多孔鉍酸銅活化過硫酸鹽體系中的應用條件，其特征在于
(三)該工藝通過以下幾個步驟實現:(I)工藝所需紫外光360nm; (2)工藝所需過硫酸鹽濃度為O?lOmmol/L ； (3)工藝所需多孔鉍酸銅投量為1.0g/L ； (4)待處理水體中污染物濃度為0.08?0.12mmol/L ； (5)接觸時間為160?200min ； (6)反應體系pH范圍為2.63?11.00。
[0008]附圖內容
[0009]附圖是【具體實施方式】一得到的光助多孔鉍酸銅活化過硫酸鹽體系中對香豆素的去除效能圖，其中X表示360nm光降解香豆素的去除效能圖，?表示360nm紫外光活化過硫酸鹽的去除效能圖，■表示光助鉍酸銅活化過硫酸鹽的去除效能圖，▲表示光助多孔鉍酸銅活化過硫酸鹽的去除效能圖。從圖中可以看出，光助多孔鉍酸銅活化過硫酸鹽氧化去除香豆素較單純紫外光降解、紫外光活化過硫酸鹽、光助鉍酸銅活化過硫酸鹽去除香豆素的效率顯著提高，實現了對水體中香豆素的強化去除。
【具體實施方式】
[0010]將這種光助多孔鉍酸銅活化過硫酸鹽水處理高級氧化技術的構筑與應用方法進行說明，本發明技術方案不局限于以下所列舉的【具體實施方式】，還包括各【具體實施方式】間的任意組合。
[0011]【具體實施方式】一:本實施方式多孔鉍酸銅的制備方法為:(1)前驅體溶液制備，將質量為0.0lmol的