一种利用太阳能光-电-热耦合处理含硫废水的方法技术

一种利用太阳能光

【技术实现步骤摘要】
一种利用太阳能光
‑
电
‑
热耦合处理含硫废水的方法


[0001]本专利技术涉及废水处理领域，尤其涉及一种利用太阳能光
‑
电
‑
热耦合处理含硫废水的方法。

技术介绍

[0002]含硫废水的危害较大，因硫化物不仅具有毒性、腐蚀性，且臭味浓烈，既影响环境，又影响污水处理系统构筑物的正常运转。
[0003]对于废水中的硫化物的处理方法，一般为：添加化学药剂，成本高且造成二次污染；采用电化学氧化，环境兼容性优，但脱除硫化物的效率低且能耗大；光催化氧化脱除硫化物，对于光催化剂的要求较高，且一般需紫外光导致能耗较高，如果采用自然光，效率又比较低。
[0004]鉴于以上缺陷，需提出一种处理含硫废水的方法，能够提高脱除率，又能够节能，且不会有二次污染等优势。

技术实现思路

[0005]本专利技术克服了现有技术中处理含硫废水中的硫化物时，无法兼顾高脱除率、节能和避免二次污染的缺点，提供了一种利用太阳能光
‑
电
‑
热耦合处理含硫废水的方法。
[0006]本专利技术实现以上专利技术目的采用的技术方案是：一种利用太阳能光
‑
电
‑
热耦合处理含硫废水的方法，以太阳光为光源通过光催化氧化处理硫离子，太阳能电池提供电能进行电解处理硫离子，太阳能集热装置为光催化氧化和电解处理提供热能；光催化氧化处理硫离子的光催化剂和电解处理硫离子的阳极为同一物质。所述的光催化剂和电解阳极为TiO
2 NTs或Fe
3+
/TiO
2 NTs，电解阴极为Pt电极；光催化氧化处理硫离子和电解处理硫离子的温度为：55℃
‑
95℃；所述的电解处理硫离子的电压为：0.5V
‑
2.5V，外加电流为1mA
‑
4mA；所述的光催化和电解处理的时间为：0.5h
‑
2h。
[0007]进一步的，所述的TiO
2 NTs或Fe
3+
/TiO
2 NTs中的TiO
2 NTs为二次阳极氧化的TiO2纳米管。所述的二次阳极氧化的TiO2纳米管的制备方法包括以下步骤：S1、以钛片为阳极、铂片为阴极，乙二醇、氟化铵和超纯水的混合溶液为电解液，在30℃的恒温水浴中，以 60V电压电解氧化30min，得到一次氧化钛片；S2、将步骤S1得到的一次氧化钛片超声清洗，使一次氧化钛片表面的氧化膜脱落，得到基底上有序排列有六边形凹槽的钛片；S3、将步骤S2得到的基底上有序排列有六边形凹槽的钛片为阳极，铂片为阴极，乙二醇、氟化铵和超纯水的混合溶液为电解液，在30℃的恒温水浴中，以30V电压电解氧化30min，得到二次氧化钛片；S4、将步骤S3得到的二次氧化钛片置于马弗炉中，将马弗炉以5 o
C/min的速率程序升温至450 o
C后保温1 h，得到二次阳极氧化的TiO2纳米管。
[0008]进一步的，所述的Fe
3+
/TiO
2 NTs的制备方法为：将TiO
2 NTs浸渍于Fe(NO3)3溶液中
1h，之后置于马弗炉中，将马弗炉以5℃/min的速率程序升温至450℃后保温2h，得到Fe
3+
/TiO
2 NTs。
[0009]进一步的，所述的Fe(NO3)3溶液的浓度为：0.05
‑
0.2 mol/L。
[0010]进一步的，所述的利用太阳能光
‑
电
‑
热耦合处理含硫废水的方法中：太阳能集热装置通过加热水浴装置来为光催化氧化和电解处理提供热能。
[0011]本专利技术的有益效果是：（1）将太阳能STEP理论（Solar thermal electrochemical photo
‑
process，STEP）应用于含硫废水的处理中，构建太阳能光
‑
电
‑
热三场耦合反应体系，综合利用太阳能全光谱，提高脱除废水中硫化物效率的同时，有效利用太阳能以减小反应体系所需能耗。
[0012]（2）在本申请的方法中，应用太阳能的紫外光部分激发光催化剂实现光催化处理硫离子，将太阳光的可见光部分通过太阳能电池转换为电能为电解处理硫离子提供电能，将太阳光的红外光区部分通过太阳能集热器转化为热能为光催化和电解处理体系提供热量，实现了太阳光全光谱应用，有效地利用了太阳能这一“绿色能源”，降低了其它能源的耗费，促进了废水脱除硫化物的“绿色处理”。
[0013]（3）在本申请的利用太阳能光
‑
电
‑
热耦合处理含硫废水的方法中，以TiO
2 NTs（二氧化钛纳米管）或Fe
3+
/TiO
2 NTs（Fe
3+
掺杂二氧化钛纳米管）为光催化剂和电解阳极，主要的优势在于：TiO
2 NTs、Fe
3+
/TiO
2 NTs应用于含硫废水体系中，具有较高的耐硫性，且纳米管这样的微观孔道结构能够保证足够的光道通路，催化活性高。
[0014]（4）TiO
2 催化剂具有很强的氧化还原能力、良好的催化活性、较强的耐腐蚀性、使用安全，且无毒无害、无二次污染等特征，适合应用于本申请的含硫废水中作为处理硫离子的催化剂和电解阳极。
[0015]（5）基于TiO2应用于本申请的体系中优势，选择Fe
3+
/TiO
2 NTs还具有以下优势：i）Fe
3+
、Ti
4+
具有相匹配的能带结构，Fe
3+
掺杂的TiO2能够产生活性基团，这些基团具有很强的氧化能力，能够氧化硫化物，助力太阳光、热、电系统处理硫化物；ii）Fe
3+
改变了TiO2禁带宽度，增加对太阳光的吸收宽度和太阳能的利用效率；iii）由于金属离子的配位及电负性不同产生过剩电荷，增加了半导体吸引质子或电子的能力，因而提高了电极的活性。
[0016]下面结合具体实施方式与附图对本专利技术作进一步的描述。
附图说明
[0017]附图1为本申请的催化剂和电极材料的扫描电镜图，其中：（a）one
‑
step TiO
2 NTs的SEM俯视图；（b）two
‑
step TiO
2 NTs的SEM俯视图；（c）Fe
3+
/TiO
2 NTs的SEM俯视图；（d）Fe
3+
/TiO
2 NTs的SEM侧视图。
[0018]附图2为本申请的TiO
2 NTs电极的塔菲尔曲线。
[0019]附图3为本申请的Fe
3+
/TiO
2 NTs的XPS能谱分析图，其中：（a）Fe
3+
/TiO<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用太阳能光
‑
电
‑
热耦合处理含硫废水的方法，以太阳光为光源通过光催化氧化处理硫离子，太阳能电池提供电能进行电解处理硫离子，太阳能集热装置为光催化氧化和电解处理提供热能；光催化氧化处理硫离子的光催化剂和电解处理硫离子的阳极为同一物质；其特征在于，所述的光催化剂和电解阳极为TiO
2 NTs或Fe
3+
/TiO
2 NTs，电解阴极为Pt电极；所述的光催化氧化处理硫离子和电解处理硫离子的温度为：55℃
‑
95℃；所述的电解处理硫离子的电压为：0.5V
‑
2.5V，外加电流为1mA
‑
4mA；所述的光催化和电解处理的时间为：0.5h
‑
2h。2.根据权利要求1所述的一种利用太阳能光
‑
电
‑
热耦合处理含硫废水的方法，其特征在于，所述的TiO
2 NTs或Fe
3+
/TiO
2 NTs中的TiO
2 NTs为二次阳极氧化的TiO2纳米管；所述的二次阳极氧化的TiO2纳米管的制备方法包括以下步骤：S1、以钛片为阳极、铂片为阴极，乙二醇、氟化铵和超纯水的混合溶液为电解液，在30℃的恒温水浴中，以 60V电压电解氧化30min，得到一次氧化钛片；S2、将步骤S1得到的一次氧化钛片超声清洗，使一次氧化钛片表面的氧化膜脱落，得到基底上...

【专利技术属性】
技术研发人员：江泓，王宝辉，谢林峰，谷笛，姜婷婷，苑丹丹，
申请(专利权)人：东北石油大学，
类型：发明
国别省市：