难降解、高盐废水强化治理的光电‑臭氧催化氧化方法技术

本发明专利技术涉及一种用于高浓度、难降解、高盐废水强化治理的光电‑臭氧催化氧化方法，在盛有1L废水的光电反应器中，加入负载有1~3 g MnO2‑TiO2纳米片光电阳极材料，然后使水位浸没材料上方1‑2 cm，打开紫外灯，在臭氧曝气下发生光电‑臭氧催化氧化反应。可以解决高盐、难降解废水可生化性差、COD浓度高等问题，用于水污染处理领域。可有效促进光生电子和空穴分离，提高量子效率，使得废水中的有机物氧化的同时并脱盐，浓缩率高，同时在臭氧协同作用下，可进一步提高对废水中CODCr的去除率，有效克服了单一技术的局限性大大缩短了反应时间，降低电耗，适用于大规模的实际应用。

The photoelectric ozone catalytic oxidation treatment method to strengthen the refractory, high salt wastewater

The invention relates to a method for high concentration and difficult to photoelectric catalytic ozonation treatment method enhanced degradation, high salt wastewater, filled with photoelectric reactor of wastewater 1L, 1~3 g MnO2 load nano TiO2 photoelectric anode material to join, and then make the water immersion material above the 1 2 cm. Open the UV lamp, the photoelectric ozone catalytic oxidation in ozone aeration. It can solve the problems of poor biodegradability and high COD concentration of high salt and refractory wastewater, which is used in the field of water pollution treatment. Can effectively promote the separation of the photogenerated electrons and holes, improve the quantum efficiency, the oxidation of organic matter in waste water and desalination, concentration rate is high, while the synergistic effect of ozone, can further improve the removal rate of CODCr in wastewater, effectively overcomes the limitations of a single technology greatly shortened the reaction time, reduce power consumption that is suitable for large-scale practical application.

【技术实现步骤摘要】
难降解、高盐废水强化治理的光电-臭氧催化氧化方法
本专利技术涉及一种用于难降解、高盐废水强化治理的光电-臭氧催化氧化方法，可以解决工业废水CODcr浓度高、色度深、可生化性差、含盐量高等问题，用于水污染处理领域。
技术介绍
高浓度、难降解、高盐废水主要来源于化肥、化工、煤化工、石油、电力、钢铁、食品行业等循环水系统排放的高浓度含盐废水、地下水经反渗透系统排放的废水，高盐废水中除了含有有机污染物外，还含有大量无机盐，主要为Cl-、SO42-、Na+、Ca2+、K+等，这些盐的存在对常规的生物处理有明显的抑制作用。这类高浓度难降解高盐废水通常具有浓度高、含盐多、毒性大、成分杂、难降解等特点，处理难度大、企业投入高，造成江河水质矿化度显著提高，加速盐碱化、沙漠化进程，给生态环境带来严重的负面影响。因此，开展新型高效的高浓度、高盐、有机难降解污染物的治理技术，提高废水的可生化性，实现COD处理达标以及浓盐水中可溶性盐类物质分离，改善水质状况，已然成为社会、公众和政府部门高度关注的问题。目前，高浓度、难降解、高盐废水的处理方法主要有生物法、物理法、物理化学法及电化学法。生物处理法具有经济、有效、无害的特点，表现出较高的有机物去除率，但当废水的BOD与COD的比值小于0.3，这些可生化性差的难降解废水采用生物法处理效果欠佳，甚至不能处理。而对于高盐废水，采用生物法处理时需要较长的驯化期，且废水中盐分越高驯化污泥时间也越长；另外，微生物对环境的改变敏感，盐度突变通常会对处理系统产生严重的干扰。利用物理作用或化学反应可有效处理、分离和回收废水中的污染物。对于高盐废水，物理和化学法在某些应用中能够脱出废水中的盐分和有机物，但一般成本较高，且易造成再生废水的二次污染。其中，蒸发法、反渗透过滤法均可实现废水中污染物的浓缩和分离，但在工程应用中会经常出现结垢问题以及膜污染和报废现象，造成处理成本的增加。高级氧化技术对印染废水具有处理效果稳定、出水水质好、可生化性能得到有效提高等优点，日益受到国内外学者的关注，具有广泛的应用前景。目前，常见的高级氧化技术主要有光催化氧化技术、Fenton、臭氧催化氧化技术等。运用氧化剂、电、光照、催化剂等在反应中产生活性极强的羟基自由基，可以与有机物进行加和、取代、电子转移、断键、开环等作用，可以是废水中难降解有机物大分子氧化降解为低毒或无毒的小分子，生成易于生化降解的物质，提高废水的可生化性。虽然电化学法对于脱盐具有天然的优势，在处理有机物方面也效果显著，甚至连一些无法生物降解的有毒有机物与某些含重金属污水都可以处理，但是由于现有的电极材料的性能还不能完全满足工艺要求，电极易污染、能耗高、处理费用高等缺点限制了电化学工艺在工业废水处理方面的应用。由于“高浓度”、“难降解”、“高盐度”三大特点，使得此类废水采用单一的生物法或物化法等传统的处理技术已经失去可能，探究生物法或物化法等其他方法的组合，充分发挥各项处理技术的优势，从而解决此类废水污染的关键性问题。针对高浓度、难降解、高盐废水，具有浓度高、含盐多、毒性大、成分杂、难降解、处理难度大，采用单一的生物法或物化法等传统的处理技术已经失去可能，有必要提出的一种用于高浓度、难降解、高盐废水强化治理的光电-臭氧催化氧化方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种难降解、高盐废水强化治理的光电-臭氧催化氧化方法，即在光电-臭氧耦合作用下，使光电催化降解反应与臭氧催化降解反应协同进行，互相促进，以提高废水的降解和脱盐效果。一种难降解、高盐废水强化治理的光电-臭氧催化氧化方法，包括以下步骤：在盛有1L废水的光电反应器中，加入负载有1~3gMnO2-TiO2纳米片光电阳极材料，然后使水位浸没材料上方1-2cm，打开紫外灯，在臭氧曝气下发生光电-臭氧催化氧化反应。在上述方案基础上，臭氧曝气时间为20~2h，氧化电压为10~30V，紫外灯功率为350~500W。本专利技术利用光电催化降解反应与臭氧催化降解反应协同进行，互相促进，大大提高了废水的降解和脱盐效果。利用光电催化氧化技术的协同作用可有效促进光生电子和空穴分离，同时在臭氧催化氧化技术的耦合作用下，克服了单一技术的局限性，充分发挥光电催化、臭氧催化氧化等作用对高浓度、难降解、含盐废水中的CODCr，色度、重金属等有机污染物及无机物的去除，该联合技术处理效率高、投资少，占地面积小，可以有效地减少化工废水处理成本，而且对其他行业的工业废水普适性强，具有良好的市场应用前景。在上述方案基础上，所述的MnO2-TiO2纳米片光电阳极材料的制备：在磁力搅拌下，先将溶解好的KMnO4和(NH4)2S2O8溶液混合均匀，按照Mn/Ti摩尔比1:(1~3)加入到TiCl4和(NH4)2TiF6的混合溶液中，待充分搅拌后将前驱体溶液转移至聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，再将预处理后的载体浸入溶液中，于180℃反应12~24h；反应结束后，将所得到的电极浸泡在乙醇中20分钟后于高温下煅烧，即可得到MnO2-TiO2纳米片光电阳极材料。所述的TiCl4和(NH4)2TiF6的混合溶液中TiCl4与(NH4)2TiF6摩尔比为1：(0.5~2)。所述的载体是钛板或泡沫镍中的一种。所述的焙烧温度为350~600℃，焙烧时间为2h~4h。本专利技术采用原位水热合成法将具有光催化性能TiO2和臭氧催化氧化作用的MnO2复合，固定在电极材料上，在光照、外加偏电压以及臭氧曝气作用下，利用电解氧化脱盐及光催化氧化同步耦合，在阳极上产生大量的羟基自由基，同时废水中的无机盐离子被氧化成次氯酸盐，达到氧化废水中有机物及脱盐的目的，同时在臭氧协同作用下，可进一步提高对废水中CODCr的去除率，有效克服了单一技术的局限性，同时可缩短停留时间，大大降低电耗。光电-臭氧催化性能评价在光电反应器中进行，所制备出的MnO2-TiO2纳米片为工作电极，Pt为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，Na2SO4为电解质溶液。在紫外灯光照、臭氧曝气、施加外电场20V作用下反应2h，测定废水中的COD降解率和脱盐率。本专利技术具有如下优点：（1）本专利技术提出的用于高浓度、难降解、高盐废水强化治理的光电-臭氧催化氧化方法，利用电解氧化脱盐及光催化氧化同步耦合，并在臭氧协同作用下，不仅有效促进了光生电子和空穴分离，提高光催化氧化的量子化效率及臭氧利用率，使得废水中的有机物氧化的同时并脱盐，克服了单一技术的局限性，充分发挥光电催化、臭氧催化氧化等作用对高浓度、难降解、含盐废水中的CODCr及无机物的去除，改善高浓度、难降解、高盐废水的可生化性。（2）本专利技术采用原位水热合成法制备出的负载型TiO2纳米片可以为MnO2的沉积提供更大的比表面积，而且TiO2表面可吸附大量的OH-，促进羟基自由基的生成，有利于有机物和臭氧的吸附。（3）本专利技术提出的光电-臭氧催化氧化方法，不仅具有高效的处理效率，有效防止在催化降解过程中由于分离不完全造成的二次污染的问题，而且处理程序简单、节约能源与资源、运行费用低。具体实施方式通过实施例，对本专利技术做进一步的说明。实施例1在磁力搅拌下，先将溶解好的KMnO4和(NH4)2S2O8溶液混合均匀，按照1:1的Mn/Ti摩尔比加入到TiCl4和(NH4)2TiF6摩本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种难降解、高盐废水强化治理的光电‑臭氧催化氧化方法，包括以下步骤：在盛有1L废水的光电反应器中，加入负载有1~3 g MnO2‑TiO2纳米片光电阳极材料，然后使水位浸没材料上方1‑2 cm，打开紫外灯，在臭氧曝气下发生光电‑臭氧催化氧化反应。

【技术特征摘要】
1.一种难降解、高盐废水强化治理的光电-臭氧催化氧化方法，包括以下步骤：在盛有1L废水的光电反应器中，加入负载有1~3gMnO2-TiO2纳米片光电阳极材料，然后使水位浸没材料上方1-2cm，打开紫外灯，在臭氧曝气下发生光电-臭氧催化氧化反应。2.根据权利要求1所述的难降解、高盐废水强化治理的光电-臭氧催化氧化方法，其特征在于，所述的MnO2-TiO2纳米片光电阳极材料的制备：在磁力搅拌下，先将溶解好的KMnO4和(NH4)2S2O8溶液混合均匀，按照Mn/Ti摩尔比1:(1~3)加入到TiCl4和(NH4)2TiF6的混合溶液中，待充分搅拌后将前驱体溶液转移至聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，再将预处理后的载体浸入溶液中，于180℃反应12~24h；反应结束后，将所得到的电极浸泡在乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：何丹农，童琴，代卫国，赵昆峰，金彩虹，
申请(专利权)人：上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31