一种用于处理垃圾渗滤液的掺杂型光催化剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种用于处理垃圾渗滤液的掺杂型光催化剂及其制备方法与应用，光催化剂采用通式A‑B‑LaFeO

【技术实现步骤摘要】
一种用于处理垃圾渗滤液的掺杂型光催化剂及其制备方法与应用
本专利技术涉及一种催化剂及其制备方法与应用，尤其涉及一种用于处理垃圾渗滤液的掺杂型光催化剂及其制备方法与应用。
技术介绍
随着经济的快速发展和生活水平的不断提高，生活垃圾和工业固体废弃物也随之急剧增加，由此产生的垃圾渗滤液对环境造成的危害日益严重。垃圾渗滤液一般是指在垃圾堆放和填埋过程中因发酵作用、地表水和地下水浸泡以及降雨淋滤等过程而形成的高浓度废水，其成分非常的复杂，且大多数被确认为三致物质，如其中含量较高的苯胺类和邻苯二甲酸酯类以及酚类，均已被列入重点控制污染物名单。由于其成分复杂、COD值高、可生化性差、氨氮含量高和色度高等特点，垃圾渗滤液是国际上公认的废水处理难点之一。当前处理垃圾渗滤液的方法主要分为物理法、生物法和高级氧化法。物理法主要包括吸附法、萃取法和膜分离法，然而物理法只是物理转移的过程，并非真正意义上的降解，若后续处理不当极易造成二次污染。生物法是利用微生物的生命活动将废水中的有机物转移或者转化为简单的无机物，然而垃圾渗滤液B/C比较低，且含有大量对微生物具有毒害作用的污染物，因此传统的生物法处理工艺难以实现对垃圾渗滤液进行高效降解。高级氧化法主要包括：①臭氧氧化，通过臭氧分子或者·OH与有机物反应，达到降解有机物的目的，但该方法存在能耗高，效率低、不能持续消毒及可能产生致癌物质溴酸根等缺点；②湿式催化氧化，在高温高压，用氧气作为氧化剂，实现有机物氧化降解，但由于其高温高压的操作条件限制了其进一步应用；③电化学法，通过电极与溶液界面上发生具有活化作用的电极反应实现污染物的催化降解，但目前缺乏性能优异的电极材料，且存在着能耗高的缺点；④Fenton氧化法，其实质是Fe2+与H2O2之间链式反应生成·OH，进而氧化降解有机污染物，然而Fenton体系pH范围窄，H2O2利用率不高，产生铁泥二次污染；⑤光催化氧化，利用半导体在光照下发生电子跃迁产生的电子-空穴对引发氧化反应，无需外加氧化剂，常温常压反应，但存在氧化效率较低的问题。综上所述，光催化氧化法由于无需外加氧化剂、条件温和、能耗低、适用范围广、无二次污染等优势，是十分有前景的废水处理方法。但现阶段的光催化氧化存在氧化效率低、处理周期长、难以处理高浓度有机废水等限制。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的第一目的在于提供一种用于处理垃圾渗滤液的经济高效的掺杂型光催化剂，本专利技术的第二目的在于提供该掺杂型光催化剂的制备方法，本专利技术的第三目的在于提供一种利用该掺杂型光催化剂实现超声波耦合光催化氧化协同降解垃圾渗滤液的方法。技术方案：本专利技术用于处理垃圾渗滤液的掺杂型光催化剂，该光催化剂采用通式A-B-LaFeO3-Y表示，其中，A为金属掺杂元素Mn、Mo、Co或Cr，B为非金属掺杂元素N、B、F或S，LaFeO3为活性组分，Y为多孔载体，掺杂组分A、B与LaFeO3的质量比1-4:2-8:100，LaFeO3与Y的质量比为30-40:100。优选的，上述金属掺杂元素A为Cr，非金属掺杂元素B为N或F，制得的掺杂型光催化剂，电子结构得到有效调控，光生电子和空穴寿命显著延长，光响应范围明显拓宽，催化性能最为优异。上述多孔载体Y为天然多孔载体，例如沸石粉、分子筛原粉、硅藻土、蒙脱石或高粘凹凸棒石粘土粉中的一种。本专利技术光催化剂的制备方法为溶胶凝胶法，包括如下步骤：将硝酸铁和硝酸镧溶于水中，加入尿素、硼酸、三氟乙酸或硫脲，硝酸锰、钼酸铵、硝酸钴或硝酸铬，以及分散剂和多孔载体，混合得到M液，将络合剂溶于水中得到N液，将N液加入M液中加热搅拌得到反应物，将反应物干燥、研磨得到前驱体粉末，再将前驱体粉末煅烧得到光催化剂A-B-LaFeO3-Y。其中，上述分散剂为羧甲基纤维素钠、PEG-10000或PVA1799中的一种。本专利技术的络合剂为柠檬酸、酒石酸、EDTA、草酸或乙酸中一种；优选的，当络合剂为柠檬酸或乙酸时，制得的掺杂型光催化剂晶体不易团聚，催化性能最为优异。其中，上述硝酸铁和硝酸镧的摩尔比为1:1。上述分散剂与硝酸铁质量比为0.1-0.3:1，络合剂与硝酸铁摩尔比为1-3:1，制得的掺杂型光催化剂晶体不易团聚、形态规整、尺寸分布均匀，活性表面大，催化性能优异。本专利技术将N液加入M液中加热搅拌得到反应物，优选在60-100℃加热条件下，伴随搅拌将M液缓慢滴入N液之中，其中，加热优选水浴加热。其中，N液与M液反应2-6h得到黄褐色凝胶，并于80-100℃下干燥过夜后研磨得到前驱体粉末，将前驱体粉末在500-700℃下煅烧2-4h，得到光催化剂A-B-LaFeO3-Y。利用本专利技术的光催化剂降解垃圾渗滤液的处理方法是在垃圾渗滤液中加入光催化剂进行光催化降解反应，同时进行超声波处理。其中，上述光催化剂与垃圾渗滤液的质量比为0.01-0.03:1，反应温度为20-50℃，pH为5.0-9.0；超声波频率为30-90KHz，超声波功率为40-80W。优选地，在光反应装置内加入垃圾渗滤液和A-B-LaFeO3-Y掺杂型光催化剂，并将该光反应装置于400W-600W氙灯下进行光催化降解。有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下显著优点：(1)本专利技术的掺杂型光催化剂，通过特定金属组分和非金属组分共掺杂改性，有效调控催化剂的电子结构，抑制光生电子-空穴对复合，拓宽光响应范围，提高光催化效率；通过合理调配掺杂的金属元素和非金属元素的种类和配比达到协同效果，使得催化活性显著提升；通过负载于天然多孔载体，提高催化剂比表面积，光催化降解与载体吸附协同作用，提升处理效能。(2)本专利技术的掺杂型光催化剂制备方法，在制备过程中加入的分散剂能有效抑制晶粒团聚，实现纳米尺度调控，增大催化剂活性表面，解决了目前LaFeO3制备过程中晶粒易团聚导致催化活性不理想的问题，所得催化剂光催化剂活性显著提升；同时该催化剂制备简单，利于回收，可多次重复使用，具有较好的工业前景。(3)利用本专利技术催化剂光催化氧化耦合超声波，一方面超声本身对于污染物具有断键作用，另一方面超声使催化剂在溶液中均匀分散，且超声空化效应使光催化效率得以提高，解决目前光催化氧化技术处理效率低、周期长的问题，显著提高污染物降解效率。(4)本专利技术工艺简单，无需外加试剂，能耗低，在较为温和的条件下即可实现高浓度垃圾渗滤液高效降解，组合氧化工艺使COD和氨氮去除率更好，污染物降解更彻底，特别对于其中含量较高的苯胺类和邻苯二甲酸酯类污染物去除效果优异。具体实施方式下面对本专利技术的技术方案作进一步说明。实施例1催化剂1：称取2.165g硝酸镧、2.02g硝酸铁加入100mL的蒸馏水溶解于三口瓶中，加入0.146g三氟乙酸，加入0.158g硝酸锰，加入0.202g羧甲基纤维素钠，再加入4.05g沸石粉，搅拌均匀得M液。将1.92g柠檬酸溶于100mL蒸馏水中，混合均匀得到N液。在60℃水浴条件下，伴随搅拌将N液缓慢滴入本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于处理垃圾渗滤液的掺杂型光催化剂，其特征在于：该光催化剂采用通式A-B-LaFeO

【技术特征摘要】
1.一种用于处理垃圾渗滤液的掺杂型光催化剂，其特征在于：该光催化剂采用通式A-B-LaFeO3-Y表示，其中，A为金属掺杂元素Mn、Mo、Co或Cr，B为非金属掺杂元素N、B、F或S，LaFeO3为活性组分，Y为多孔载体，掺杂组分A、B与LaFeO3的质量比1-4:2-8:100，LaFeO3与Y的质量比为30-40:100。


2.根据权利要求1所述的光催化剂，其特征在于：当A选用Cr时，B选用N或F。


3.根据权利要求1所述的光催化剂，其特征在于：所述Y为天然多孔载体。


4.根据权利要求3所述的光催化剂，其特征在于：所述天然多孔载体为沸石粉、分子筛原粉、硅藻土、蒙脱石或高粘凹凸棒石粘土粉中的一种。


5.一种权利要求1所述光催化剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：将硝酸铁和硝酸镧溶于水中，加入尿素、硼酸、三氟乙酸或硫脲，硝酸锰、钼酸铵、硝酸钴或硝酸铬，以及分散剂和多孔载体，混合得到M液，将络合剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：凌立巍，吴敏，秦艳涛，汪俊，张冰洁，陈埃，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32