降解有机物的介质阻挡放电等离子类芬顿光催化方法.pdf

1、10申请公布号CN104058481A43申请公布日20140924CN104058481A21申请号201410309754522申请日20140630C02F1/32200601C02F1/46200601C02F1/72200601B01J23/74520060171申请人广西大学地址530004广西壮族自治区南宁市西乡塘区大学路100号72发明人喻泽斌王莉彭振波胡晓74专利代理机构广西南宁公平专利事务所有限责任公司45104代理人韦锦捷54发明名称降解有机物的介质阻挡放电等离子类芬顿光催化方法57摘要本发明公开了降解有机物的介质阻挡放电等离子类芬顿光催化方法，集介质阻挡放电等离子、FE

2、3O4类芬顿和TIO2光催化于一体，组成介质阻挡放电等离子类芬顿光催化体系对有机物进行降解，具体操作步骤为制备FE3O4TIO2催化剂；将FE3O4TIO2催化剂加入介质阻挡放电等离子体系中，组成介质阻挡放电等离子类芬顿光催化体系，对有机物进行降解。本发明将介质阻挡放电等离子、FE3O4类芬顿和TIO2光催化技术相结合，将自制的FE3O4TIO2催化剂用于质阻挡放电等离子类芬顿光催化体系中，利用放电过程中产生剩余H2O2、紫外辐射及PH降低等特点，降解有机物，降低能耗。51INTCL权利要求书1页说明书5页附图1页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书5页附图1页

3、10申请公布号CN104058481ACN104058481A1/1页21降解有机物的介质阻挡放电等离子类芬顿光催化方法，其特征在于，集介质阻挡放电等离子、FE3O4类芬顿和TIO2光催化于一体，组成介质阻挡放电等离子类芬顿光催化体系，对有机物进行高效降解，其具体操作步骤如下1溶胶凝胶法制备FE3O4TIO2磁性光催化材料用溶胶凝胶法在FE3O4表面包覆一层具有光催化性能的TIO2；取钛盐与无水乙醇加入反应器中，恒温水浴搅拌，滴加冰乙酸至反应器中，再将乙醇水溶液逐滴加入反应器中，调节PH值在24后，继续水浴搅拌并加入FE3O4，超声分散，陈化得到湿凝胶，干燥得到干凝胶，备用；2组成介质阻挡放电

4、等离子类芬顿光催化体系及对有机物进行降解按照50250MG/L的投加量，在有机污染物溶液中投加步骤1得到的FE3O4TIO2磁性光催化材料，则形成介质阻挡放电等离子类芬顿光催化体系，控制放电峰峰值电压为1114KV，初始PH值为311，初始电导率为501200S/CM的条件下，对污染物进行有效降解。2根据权利要求1所述的降解有机物的介质阻挡放电等离子类芬顿光催化方法，其特征在于，所述的步骤1中，TIO2的晶型为锐钛矿型，TIO2的掺杂量为10WT20WT。3根据权利要求1所述的降解有机物的介质阻挡放电等离子类芬顿光催化方法，其特征在于，所述步骤1中，钛盐为钛酸四丁酯，钛酸丁酯、乙醇、水和冰乙酸

5、的体积比为21011。4根据权利要求1所述的降解有机物的介质阻挡放电等离子类芬顿光催化方法，其特征在于，所述的步骤1中，恒温水浴搅拌的温度为25，用HNO3调节PH值。5根据权利要求1所述的降解有机物的介质阻挡放电等离子类芬顿光催化方法，其特征在于，所述步骤1中，超声时间为052H，超声功率为70W。6根据权利要求1所述的降解有机物的介质阻挡放电等离子类芬顿光催化方法，其特征在于，所述步骤1中，陈化时间为1224H，干燥温度为60100，干燥时间为1224H。权利要求书CN104058481A1/5页3降解有机物的介质阻挡放电等离子类芬顿光催化方法技术领域0001本发明属于环境保护与治理领域，

6、具体涉及一种降解有机物的介质阻挡放电等离子类芬顿光催化方法。背景技术0002介质阻挡放电等离子技术是降解环境污染物的一种有效途径，已广泛应用于环境中有机物的降解。在介质阻挡放电等离子体系，在外电场作用下，电子从电场获得能量，高能电子与周围的气体及其水分子碰撞，使之激发和电离，产生电子雪崩，从而产生大量的OH以及O3、O、N等活性物质，使有机污染物得到有效降解。由于OH的氧化具有无选择性，在降解有机物的同时会有一部分OH自身结合生成H2O2，为了充分利用这部分剩余的H2O2，在体系中加入FE3O4作为催化剂形成介质阻挡放电等离子类芬顿体系，提高OH产量，另一方面，介质阻挡放电等离子电离空气会产生

7、硝酸，PH值不断降低，为芬顿反应提供了合适的条件，无需额外加酸调PH，降低了成本；此外，FE3O4因具有磁性可解决催化剂回收问题，减少铁泥产生。0003等离子放电的过程还会产生冲击波，且电子通过放电通道时，一些激发态原子和分子会自发的发射紫外辐射，为了充分利用这部分紫外辐射，降低能耗，在介质阻挡放电等离子体系中加入TIO2光催化可达到该效果，然而传统的粉末TIO2光催化技术存在催化剂难分离的问题，将TIO2负载于FE3O4上，制备成磁性光催化材料FE3O4TIO2，则可很好的解决催化剂分离、回收的问题。若将FE3O4TIO2投加到介质阻挡放电等离子体系中，形成集介质阻挡放电等离子、FE3O4类

8、芬顿、TIO2光催化为一体的介质阻挡放电等离子类芬顿光催化方法，有效降解有机污染物，降低能耗。0004因此，制备具有磁性与光催化性能的FE3O4TIO2材料，投加至介质阻挡放电体系中，形成介质阻挡放电等离子类芬顿光催化体系，以进一步提高有机污染物的降解能力，减少能耗，具有积极的意义。发明内容0005本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能提高有机污染物降解效率、降低介质阻挡放电等离子的处理成本、提高催化剂回收率、减少铁泥产生的高效降解有机物的介质阻挡放电等离子类芬顿光催化方法。0006本发明是通过以下技术方案实现的0007降解有机物的介质阻挡放电等离子类芬顿光催化方法，集介质阻挡放电等离

9、子、FE3O4类芬顿和TIO2光催化于一体，组成介质阻挡放电等离子类芬顿光催化体系，对有机物进行高效降解，其具体操作步骤如下00081溶胶凝胶法制备FE3O4TIO2磁性光催化材料0009用溶胶凝胶法在FE3O4表面包覆一层具有光催化性能的TIO2；取钛盐与无水乙醇加入反应器中，恒温水浴搅拌，滴加冰乙酸至反应器中，再将乙醇水溶液逐滴加入反应器说明书CN104058481A2/5页4中，调节PH值在24后，继续水浴搅拌并加入FE3O4，超声分散，陈化得到湿凝胶，干燥得到干凝胶，备用；00102组成介质阻挡放电等离子类芬顿光催化体系及对有机物进行降解0011按照50250MG/L的投加量，在有机污

10、染物溶液中投加步骤1得到的FE3O4TIO2磁性光催化材料，则形成介质阻挡放电等离子类芬顿光催化体系，控制放电峰峰值电压为1114KV，初始PH值为311，初始电导率为501200S/CM的条件下，对污染物进行有效降解。0012所述步骤1中，TIO2的晶型为锐钛矿，TIO2的掺杂量为10WT20WT。0013所述步骤1中，钛盐为钛酸四丁酯，所需钛酸丁酯、乙醇、水和冰乙酸的体积比为21011。0014所述步骤1中，恒温水浴搅拌的温度为25，用HNO3调节PH值。0015所述步骤1中，超声时间为052H，超声功率为70W。0016所述步骤1中，陈化时间为1224H，干燥温度为60100，干燥时间为

11、1224H。0017本发明相对于现有技术的优点和积极效果如下00181、本发明采用溶胶凝胶法制备FE3O4TIO2磁性光催化材料，制备出的FE3O4TIO2中TIO2的晶相为锐钛矿晶相，催化活性高，制备的操作简便，条件易控；以具有磁性的FE3O4TIO2作为催化剂，解决了催化剂难分离、易造成二次污染等问题。00192、本发明介质阻挡放电等离子、FE3O4类芬顿和TIO2光催化结合，三体系相结合，大大提高了对有机污染物的降解能力，降低了污染物降解能耗，形成组合技术理论，为有机物的降解提供新的途径。00203、本发明充分利用介质阻挡放电过程中产生剩余H2O2、产生紫外辐射及体系PH降低的特点为类芬

12、顿反应提供了合适的条件，无需额外加H2O2，无需额外加酸调PH；为TIO2光催化提供了紫外辐射，无需额外添加光源。降低了成本，具有一定的工业推广价值。附图说明0021图1为实施例2中实验条件下制得的FE3O4TIO2磁性光催化材料的FESEM图。具体实施方式0022下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。0023实施例100241溶胶凝胶法制备FE3O4TIO2磁性光催化材料0025取662ML钛酸四丁酯与1985ML无水乙醇于反应器中，25恒温水浴搅拌20MIN后，滴加331ML冰乙酸于反应器的混合液中，再将1323ML乙醇与331ML超纯水的混合液逐滴加入反应器中，用HNO3迅速调

13、节PH至2。溶液的体积ML比为钛酸丁酯乙醇水乙酸21011。将PH为3的上述混合液置于25恒温水浴搅拌1H，加入15GFE3O4，在超声功率为70W的条件下超声分散2H，经24H密封陈化得到含FE3O4的湿凝胶，80干燥12H得到干凝胶，研磨后可得TIO2掺杂量为10WT的FE3O4TIO2磁性光催化材料。00262组成介质阻挡放电等离子类芬顿光催化体系及对有机物进行降解说明书CN104058481A3/5页50027将步骤1得到的FE3O4TIO2作为催化剂投加到有机污染物溶液中，以500ML玻璃烧杯作为反应池，组成介质阻挡放电等离子类芬顿光催化体系。0028将100MG/L的甲基橙MO作为

14、需要降解有机污染物，投入质阻挡放电等离子类芬顿光催化体系中进行降解反应，反应过程中始终保持匀速搅拌。该体系中介质阻挡放电峰峰值电压为11KV，溶液初始PH为3，初始电导率为600S/CM，分别用介质阻挡放电等离子体系、介质阻挡放电类芬顿体系DBDFE3O4、介质阻挡放电类芬顿光催化体系DBDFE3O4TIO2对MO进行降解，FE3O4及FE3O4TIO2催化剂的投加量均为50MG/L，反应过程中始终保持匀速搅拌。30MIN对MO的去除率分别为5018、5634、6865，能耗分别为10138MG/KWH、11382MG/KWH、13869MG/KWH，将FE3O4TIO2催化剂与介质阻挡放电等

15、离子结合，组成介质阻挡放电类芬顿光催化体系中，处理效果明显提高，分别比单独等离子、等离子类芬顿的去除率提高1847、1231，能量效率分别提高了3731MG/KWH、2487MG/KWH。0029实施例200301溶胶凝胶法制备FE3O4TIO2磁性光催化材料0031取992ML钛酸四丁酯与2977ML无水乙醇于反应器中，25恒温水浴搅拌20MIN后，滴加496ML冰乙酸于反应器的混合液中，再将1985ML乙醇与496ML超纯水的混合液逐滴加入反应器中，用HNO3迅速调节PH至28。溶液的体积ML比为钛酸丁酯乙醇水乙酸21011。将PH为28的上述混合液置于25恒温水浴搅拌2H，加入15GFE

16、3O4，在超声功率为70W的条件下超声分散2H，经24H密封陈化得到含FE3O4的湿凝胶，80干燥12H得到干凝胶，研磨后可得TIO2掺杂量为15WT的FE3O4TIO2磁性光催化材料，该FE3O4TIO2催化材料的FESEM图如图1所示。00322组成介质阻挡放电等离子类芬顿光催化体系及对有机物进行降解0033将步骤1得到的FE3O4TIO2作为催化剂投加到有机污染物溶液中，以500ML玻璃烧杯作为反应池，组成介质阻挡放电等离子类芬顿光催化体系。0034将100MG/L的甲基橙MO作为需要降解有机污染物，投入质阻挡放电等离子类芬顿光催化体系中进行降解反应，反应过程中始终保持匀速搅拌。该体系中

17、在介质阻挡放电峰峰值电压为14KV、FE3O4TIO2催化剂的投加量为100MG/L的条件下，原体系中初始PH、初始电导率均不调节，对原体系的初始PH值和初始电导率进行优化，优化体系中溶液初始PH为3、初始电导率为600S/CM。反应过程中始终保持匀速搅拌。30MIN原体系和优化体系对MO的去除率分别为8068、9414，能耗分别为4668MG/KWH、5447MG/KWH，经优化的介质阻挡放电类芬顿光催化体系中，处理效果明显提高，比原体系的MO去除率提高1346，能量效率提高了0779MG/KWH。0035以下实施例3实施例6所述的原体系和优化体系的方法同实施例2。0036实施例300371

18、溶胶凝胶法制备FE3O4TIO2磁性光催化材料0038取992ML钛酸四丁酯与2977ML无水乙醇于反应器中，25恒温水浴搅拌20MIN后，滴加496ML冰乙酸于反应器的混合液中，再将1985ML乙醇与496ML超纯水的混合液逐滴加入反应器中，用HNO3迅速调节PH至3。溶液的体积ML比为钛酸丁酯乙醇水乙酸21011。将PH为3的上述混合液置于25恒温水浴搅拌3H，加入15GFE3O4，在超说明书CN104058481A4/5页6声功率为70W的条件下超声分散2H，经24H密封陈化得到含FE3O4的湿凝胶，80干燥12H得到干凝胶，研磨后可得TIO2掺杂量为15WT的FE3O4TIO2磁性光催

19、化材料。00392组成介质阻挡放电等离子类芬顿光催化体系及对有机物进行降解0040将步骤1得到的FE3O4TIO2作为催化剂投加到有机污染物溶液中，以500ML玻璃烧杯作为反应池，组成介质阻挡放电等离子类芬顿光催化体系。0041将100MG/L的甲基橙MO作为需要降解有机污染物，投入质阻挡放电等离子类芬顿光催化体系中进行降解反应，反应过程中始终保持匀速搅拌。该体系中在介质阻挡放电峰峰值电压为13KV、FE3O4TIO2催化剂的投加量为250MG/L的条件下，原体系中初始PH、初始电导率均不调节，对原体系的初始PH值和初始电导率进行优化，优化体系中溶液初始PH为7、初始电导率为1200S/CM，

20、反应过程中始终保持匀速搅拌。30MIN原体系和优化体系对MO的去除率分别为6827、6362，能耗分别为5613MG/KWH、5231MG/KWH，经优化的介质阻挡放电类芬顿光催化体系中，比原体系的MO去除率降低了465，能量效率减少了0382MG/KWH。0042实施例400431溶胶凝胶法制备FE3O4TIO2磁性光催化材料0044取992ML钛酸四丁酯与2977ML无水乙醇于反应器中，25恒温水浴搅拌20MIN后，滴加496ML冰乙酸于反应器的混合液中，再将1985ML乙醇与496ML超纯水的混合液逐滴加入反应器中，用HNO3迅速调节PH至3。溶液的体积ML比为钛酸丁酯乙醇水乙酸2101

21、1。将PH为2的上述混合液置于25恒温水浴搅拌4H，加入15GFE3O4，在超声功率为70W的条件下超声分散1H，经24H密封陈化得到含FE3O4的湿凝胶，60干燥24H得到干凝胶，研磨后可得TIO2掺杂量为15WT的FE3O4TIO2磁性光催化材料。00452组成介质阻挡放电等离子类芬顿光催化体系及对有机物进行降解0046将步骤1得到的FE3O4TIO2作为催化剂投加到有机污染物溶液中，以500ML玻璃烧杯作为反应池，组成介质阻挡放电等离子类芬顿光催化体系。0047将100MG/L的甲基橙MO作为需要降解有机污染物，投入质阻挡放电等离子类芬顿光催化体系中进行降解反应，反应过程中始终保持匀速搅

22、拌。该体系中在介质阻挡放电峰峰值电压为11KV、FE3O4TIO2催化剂的投加量为50MG/L的条件下，原体系中初始PH、初始电导率均不调节，对原体系的初始PH值和初始电导率进行优化，优化体系中溶液初始PH为3、初始电导率为50S/CM，反应过程中始终保持匀速搅拌。30MIN原体系和优化体系对MO的去除率分别为6153、6725，能耗分别为12431MG/KWH、13587MG/KWH，经优化的介质阻挡放电类芬顿光催化体系中，比原体系的MO去除率增加572，能量效率增加了1156MG/KWH。0048实施例500491溶胶凝胶法制备FE3O4TIO2磁性光催化材料0050取662ML钛酸四丁酯

23、与1985ML无水乙醇于反应器中，25恒温水浴搅拌20MIN后，滴加331ML冰乙酸于反应器的混合液中，再将1323ML乙醇与331ML超纯水的混合液逐滴加入反应器中，用HNO3迅速调节PH至4。溶液的体积ML比为钛酸丁酯乙醇水乙酸21011。将PH为4的上述混合液置于25恒温水浴搅拌3H，加入15GFE3O4，在超声功率为70W的条件下超声分散05H，经24H密封陈化得到含FE3O4的湿凝胶，60干燥说明书CN104058481A5/5页724H得到干凝胶，研磨后可得TIO2掺杂量为10WT的FE3O4TIO2磁性光催化材料。00512组成介质阻挡放电等离子类芬顿光催化体系及对有机物进行降解

24、0052将步骤1得到的FE3O4TIO2作为催化剂投加到有机污染物溶液中，以500ML玻璃烧杯作为反应池，组成介质阻挡放电等离子类芬顿光催化体系。0053将100MG/L的甲基橙MO作为需要降解有机污染物，投入质阻挡放电等离子类芬顿光催化体系中进行降解反应，反应过程中始终保持匀速搅拌。该体系中在介质阻挡放电峰峰值电压为12KV、FE3O4TIO2催化剂的投加量为200MG/L的条件下，原体系中初始PH、初始电导率均不调节，对原体系的初始PH值和初始电导率进行优化，优化体系中溶液初始PH为11、初始电导率为300S/CM，反应过程中始终保持匀速搅拌。30MIN原体系和优化体系对MO的去除率分别为

25、5823、6311，能耗分别为11764MG/KWH、12750MG/KWH、，经优化的介质阻挡放电类芬顿光催化体系中，比原体系的MO去除率增加488，能量效率增加了0986MG/KWH。0054实施例600551溶胶凝胶法制备FE3O4TIO2磁性光催化材料0056取1323ML钛酸四丁酯与397ML无水乙醇于反应器中，25恒温水浴搅拌20MIN后，滴加662ML冰乙酸于反应器的混合液中，再将2646ML乙醇与662ML超纯水的混合液逐滴加入反应器中，用HNO3迅速调节PH至3。溶液的体积ML比为钛酸丁酯乙醇水乙酸21011。将PH为3的上述混合液置于25恒温水浴搅拌1H，加入15GFE3O

26、4，在超声功率为70W的条件下超声分散4H，经24H密封陈化得到含FE3O4的湿凝胶，100干燥12H得到干凝胶，研磨后可得TIO2掺杂量为20WT的FE3O4TIO2磁性光催化材料。00572组成介质阻挡放电等离子类芬顿光催化体系及对有机物进行降解0058将步骤1得到的FE3O4TIO2作为催化剂投加到有机污染物溶液中，以500ML玻璃烧杯作为反应池，组成介质阻挡放电等离子类芬顿光催化体系。0059将100MG/L的甲基橙MO作为需要降解有机污染物，投入质阻挡放电等离子类芬顿光催化体系中进行降解反应，反应过程中始终保持匀速搅拌。该体系中在介质阻挡放电峰峰值电压为13KV、FE3O4TIO2催化剂的投加量为100MG/L的条件下，原体系中初始PH、初始电导率均不调节，对原体系的初始PH值和初始电导率进行优化，优化体系中溶液初始PH为5、初始电导率为100S/CM，反应过程中始终保持匀速搅拌。30MIN原体系和优化体系对MO的去除率分别为6527、7676，能耗分别为5366MG/KWH、6311MG/KWH，经优化的介质阻挡放电类芬顿光催化体系中，比原体系的MO去除率增加1049，能量效率增加了0945MG/KWH。说明书CN104058481A1/1页8图1说明书附图CN104058481A