專利名稱：一種催化劑及其制備方法以及含有該催化劑的水處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種催化劑，還涉及上述催化劑的制備方法，最后涉及包含上述催化劑的水處理裝置。
背景技術(shù)：
近年來，由于經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展所產(chǎn)生的各類有毒有害的污染物一直威脅生態(tài)環(huán)境；水資源的短缺和日益增加的需求已成為世界關(guān)注，而污水回用是被用來解決這一問題的可行的措施。但是，回用水中的難以去除污染物、新興的污染物(如內(nèi)分泌干擾物)和病原性微生物也成為水回用的難題。傳統(tǒng)的城市污水處理工藝難于去除水中的內(nèi)分泌干擾物，并且污水處理的消毒劑容易與水中的有機(jī)物生成“三致”的消毒副產(chǎn)物，這就給回用水增加了健康風(fēng)險(xiǎn)；因此，保障用水安全時(shí)必須減小回用水的健康風(fēng)險(xiǎn)和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。水是各種病原菌攜帶者，并且已成為各種疾病的傳播途徑。未經(jīng)消毒處理的回用水中含有大量的病原體， 像蠕蟲，原蟲，真菌，細(xì)菌和病毒。傳統(tǒng)的消毒工藝氯消毒，顯著地減少了水生微生物導(dǎo)致疾病的爆發(fā)，全面提升了人類的健康水平。然而，在氯消毒工藝中產(chǎn)生的潛在的致突變和致癌的消毒副產(chǎn)物(DBPs)引起了公眾廣泛的關(guān)注。在消毒工藝中，氯消毒副產(chǎn)物是消毒劑與水中的有機(jī)污染物反應(yīng)產(chǎn)生的，包括三鹵甲烷(THMs)和鹵乙酸(HAAs)。經(jīng)研究證明，以上消毒副產(chǎn)物其對人類癌癥的發(fā)病率和先天性疾病有巨大影響。紫外光消毒技術(shù)因其消毒過程中不產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物，成為了當(dāng)今水消毒行業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)。而傳統(tǒng)紫外消毒系統(tǒng)將紫外燈直接置于水中，存在汞泄漏的潛在威脅。另外，最近一些研究發(fā)現(xiàn)在氯或紫外消毒處理過水中仍然殘留一些細(xì)菌，而這些是耐氯或抗紫外消毒的。也就是在消毒過程中，迫使一些水中病原菌產(chǎn)生抗性機(jī)制從而存活或復(fù)活。充分去除水中的抗性菌，以控制環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)成為關(guān)注的焦點(diǎn)。目前，高級氧化技術(shù)廣泛用于污水的深度處理，像紫外、臭氧氧化、Fenton氧化等，而采用這些技術(shù)可能會導(dǎo)致部分氧化物比本體物更具毒性，并且氧化劑的殘留易引起水體的二次污染，尋求高效、合理水深度處理技術(shù)是水安全的重要保障。進(jìn)而，二氧化鈦光催化技術(shù)在保障用水安全提供廣闊的前景。但是，納米級或微米級的二氧化鈦用于水處理時(shí)，難于回收再利用，更重要是造成了水體二次污染。最近一些的研究將二氧化鈦固定或直接合成在一些載體上，像鈦板、鎳板和平板玻璃上等，這些技術(shù)措施在一定程度上避免了二氧化鈦釋放到水體中。銀作為二氧化鈦的摻雜劑，表現(xiàn)出抑制二氧化鈦光催化電子和空穴的復(fù)合以提高其光催化性能；銀作為常用滅菌劑，與二氧化鈦結(jié)合應(yīng)用到滅菌過程中起到協(xié)同作用。同時(shí)，一種折流式光催化反應(yīng)裝置與上述催化劑材料的結(jié)合，通過控制流速和水力停留時(shí)間，根據(jù)各折流單元出水水質(zhì)，適當(dāng)?shù)臏p少或增加各折流單元的紫外光源，達(dá)到提高污水處理效率的目的
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種具有高光催化性能的催化劑。本發(fā)明還要解決的技術(shù)問題是提供上述催化劑的制備方法。本發(fā)明最后要解決的技術(shù)問題是提供一種含有上述催化劑的水處理裝置。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案為:一種催化劑，含有二氧化鈦、載體和銀，所述二氧化鈦位于載體上，所述銀附著在
二氧化鈦表面。其中，所述載體為鈦板、鎳板或平板玻璃。其中，二氧化鈦固定于或直接合成在載體上。上述催化劑的 制備方法，所述方法包括如下步驟:(I)對載體的表面進(jìn)行拋光處理，將表面拋光處理后的載體進(jìn)行超聲清洗并于超聲清洗后干燥；(2)將經(jīng)過步驟(I)處理后所得的載體放入電解液中，以鈦板為陽極，鎳板為陰極，進(jìn)行陽極氧化反應(yīng)，在載體上生成豎立管狀的二氧化鈦；(3)將經(jīng)過步驟(2)反應(yīng)后所得的產(chǎn)物放入硝酸銀和檸檬酸的混合溶液中，以鎳板為陽極，鈦板為陰極，進(jìn)行置換反應(yīng)，將銀置換出來覆蓋于二氧化鈦上；(4)將經(jīng)過步驟(3)反應(yīng)后所得的產(chǎn)物依次進(jìn)行清洗、干燥和煅燒處理，即得所需產(chǎn)物。其中，步驟(2)中，所述電解液為0.06-0.1mol氟化銨和0.4-0.6wt%草酸混合溶液。其中，步驟(2)中，所述陰極和陽極兩端所加的電壓為5-25V。其中，步驟(3)中，所述硝酸銀濃度為0.08-0.12mol/L,所述檸檬酸濃度為
0.15-0.25mol/L。其中，步驟(3)中，所述陰極和陽極兩端所加的電壓為1.0-2.0V。其中，步驟(4)中，所述煅燒溫度為450_550°C。一種包含上述催化劑的水處理裝置，所述裝置包括反應(yīng)器、折流板、催化劑以及紫外光源，所述反應(yīng)器相對的兩壁內(nèi)側(cè)均設(shè)有槽，所述折流板一端嵌入相對兩壁中一壁的槽內(nèi)，該折流板另一端靠近相對兩壁中的另一壁，所述催化劑固定位于所述折流板上，所述紫外光源位于兩個(gè)相鄰折流板之間。其中，所述反應(yīng)器為有機(jī)玻璃反應(yīng)器，在所述反應(yīng)器頂部設(shè)有一塊有機(jī)玻璃板，該有機(jī)玻璃板覆蓋在反應(yīng)器的頂部。其中，所述紫外燈外設(shè)有石英套管。其中，所述兩個(gè)相鄰折流板之間還設(shè)有曝氣裝置。有益效果:本發(fā)明提供的催化劑將二氧化鈦固定或直接合成在載體上，不僅可以將二氧化鈦回收利用，而且還避免了二氧化鈦釋放到水體中，造成水體的二次污染,另外，銀作為二氧化鈦的摻雜劑，不僅能夠提高二氧化鈦的光催化性能，而且銀還可以用作滅菌齊U，與二氧化鈦結(jié)合在滅菌過程中起到協(xié)同作用；本發(fā)明提供的水處理裝置采用折流式結(jié)構(gòu)對污水進(jìn)行消毒凈化處理，該結(jié)構(gòu)可以控制水流速度和水力停留時(shí)間，再者，本發(fā)明裝置中的折流板上設(shè)有本發(fā)明提供的催化劑，因此，該水處理裝置在殺滅污水中細(xì)菌和病原微生物的同時(shí)，還能夠去除污水中的有機(jī)物如內(nèi)分泌干擾物，達(dá)到消毒和凈化的雙重功效，且不會產(chǎn)生副產(chǎn)物。


圖1為本發(fā)明提供的水處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖(俯視)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。如圖1所示，一種水處理裝置，該裝置包括反應(yīng)器1、折流板4、催化劑5以及紫外燈6，反應(yīng)器I為有機(jī)玻璃反應(yīng)器，反應(yīng)器I的尺寸為90cmX 40cmX 30cm，反應(yīng)器I兩端分別設(shè)有進(jìn)水口 2和出水口 3，進(jìn)水口 2配有流量計(jì)，反應(yīng)器I相對兩壁內(nèi)側(cè)都設(shè)有豎槽，折流板4 一端嵌入相對兩壁中的一壁槽內(nèi)，另一端靠近相對兩壁中的另一壁，采用此結(jié)構(gòu)便于折流板4的安裝和更換，兩個(gè)相鄰的折流板4和反應(yīng)器I相對的兩壁構(gòu)成折流室，折流室的尺寸為16cmX40cmX30cm,折流室依次首尾相連,因此水體在反應(yīng)器I中曲折流動,從而能夠減緩水流速度、增加水流的停留時(shí)間，在每個(gè)折流室內(nèi)部設(shè)有石英管的穿孔，將與石英管直徑相當(dāng)?shù)淖贤鉄?放入該石英管中，其中紫外燈6的波長為254nm，每個(gè)折流室還設(shè)有取水樣閥7，從而可以知道每個(gè)折流室的出水水質(zhì)情況，兩個(gè)相鄰折流板2之間還設(shè)有曝氣裝置8，曝氣裝置8位于反應(yīng)器I的一內(nèi)側(cè)壁上，曝氣裝置8能夠?yàn)楣獯呋磻?yīng)提供足夠的氧氣，進(jìn)而提高光催化效率，在曝氣裝置8上設(shè)有曝氣量控制閥，每塊折流板4的正反兩面均固定有催化劑5，在反應(yīng)器I頂部蓋有機(jī)玻璃板，即該有機(jī)玻璃板覆蓋在反應(yīng)器I的頂部。抽取適量水樣，該水樣中的炔雌醇EE2濃度為2.5mg/L,大腸桿菌濃度為108CFU/L，將該水樣在上述水處理裝置內(nèi)循環(huán)流動70min后，將水樣經(jīng)由裝置中的出水口 3流出裝置，對經(jīng)過上述水處理裝置處理后的水樣進(jìn)行檢測，此時(shí)水樣中的炔雌醇EE2的濃度為
0.13mg/L，去除率達(dá)到94.8%，大腸桿菌的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于檢測限，處理效果明顯。實(shí)施例1:上述水處理裝置中催化劑的制備方法，所述方法包括如下步驟:(I)對載體鈦板用金相砂紙磨拋至鈦板表面無劃痕，將經(jīng)過拋光處理的鈦板先用蒸懼水超聲清洗15min,接著用丙酮超聲清洗15min,最后再用蒸懼水超聲清洗15min,將清洗好的鈦板置于空氣中干燥；(2)將經(jīng)過步驟(I)處理后的鈦板放入0.06mol氟化銨和0.5wt%草酸混合溶液中，以鈦板為陽極，鎳板為陰極，進(jìn)行陽極氧化反應(yīng)，陽極氧化反應(yīng)在室溫下持續(xù)進(jìn)行磁力攪拌，反應(yīng)中兩極外加的電壓為20V，反應(yīng)60min，最終在鈦板上生成豎立管狀的二氧化鈦；(3)將經(jīng)過步驟(2)反應(yīng)后所得的產(chǎn)物放入0.lmol/L的硝酸銀和0.15mol/L檸檬酸混合溶液中，以鎳板為陽極，載體鈦片為陰極，進(jìn)行置換反應(yīng)，反應(yīng)中兩極所加的電壓為
1.5V，反應(yīng)3min，最終將銀置換出來覆蓋于二氧化鈦上；(4)將經(jīng)過步驟(3)反應(yīng)后所得的產(chǎn)物用蒸餾水清洗，清洗后先置于空氣中干燥，再將干燥后的產(chǎn)物在溫度500°C下煅燒，煅燒90min，即得所需產(chǎn)物。上述方法制備出來的產(chǎn)物為:以鈦板為載體，在載體上合成二氧化鈦，二氧化鈦表面附著銀。實(shí)施例2:上述水處理裝置中催化劑的制備方法，所述方法包括如下步驟:(I)對載體鈦板用金相砂紙磨拋至鈦板表面無劃痕，將經(jīng)過拋光處理的鈦板先用蒸懼水超聲清洗15min,接著用丙酮超聲清洗15min,最后再用蒸懼水超聲清洗15min,將清洗好的鈦板置于空氣中干燥；(2)將經(jīng)過步驟(I)處理后的鈦板放入0.1mol氟化銨和0.6wt%草酸混合溶液中，以鈦板為陽極，鎳板為陰極，進(jìn)行陽極氧化反應(yīng)，陽極氧化反應(yīng)在室溫下持續(xù)進(jìn)行磁力攪拌，反應(yīng)中兩極外加的電壓為25V，反應(yīng)60min，最終在鈦板上生成豎立管狀的二氧化鈦；(3)將經(jīng)過步驟(2)反應(yīng)后所得的產(chǎn)物放入0.08mol/L的硝酸銀和0.25mol/L檸檬酸混合溶液中，以鎳板為陽極，載體鈦片為陰極，進(jìn)行置換反應(yīng)，反應(yīng)中兩極所加的電壓為1.0V，反應(yīng)3min，最終將銀置換出來覆蓋于二氧化鈦上；

(4)將經(jīng)過步驟(3)反應(yīng)后所得的產(chǎn)物用蒸餾水清洗，清洗后先置于空氣中干燥，再將干燥后的產(chǎn)物在溫度450°C下煅燒，煅燒90min，即得所需產(chǎn)物。上述方法制備出來的產(chǎn)物為:以鈦板為載體，在載體上合成二氧化鈦，二氧化鈦表面附著銀。實(shí)施例3:上述水處理裝置中催化劑的制備方法，所述方法包括如下步驟:(I)對載體鈦板用金相砂紙磨拋至鈦板表面無劃痕，將經(jīng)過拋光處理的鈦板先用蒸懼水超聲清洗15min,接著用丙酮超聲清洗15min,最后再用蒸懼水超聲清洗15min,將清洗好的鈦板置于空氣中干燥；(2)將經(jīng)過步驟(I)處理后的鈦板放入0.0Smol氟化銨和0.4wt%草酸混合溶液中，以鈦板為陽極，鎳板為陰極，進(jìn)行陽極氧化反應(yīng)，陽極氧化反應(yīng)在室溫下持續(xù)進(jìn)行磁力攪拌，反應(yīng)中兩極外加的電壓為5V，反應(yīng)60min，最終在鈦板上生成豎立管狀的二氧化鈦；(3)將經(jīng)過步驟(2)反應(yīng)后所得的產(chǎn)物放入0.12mol/L的硝酸銀和0.20mol/L檸檬酸混合溶液中，以鎳板為陽極，載體鈦片為陰極，進(jìn)行置換反應(yīng)，反應(yīng)中兩極所加的電壓為2.0V,反應(yīng)3min，最終將銀置換出來覆蓋于二氧化鈦上；(4)將經(jīng)過步驟(3)反應(yīng)后所得的產(chǎn)物用蒸餾水清洗，清洗后先置于空氣中干燥，再將干燥后的產(chǎn)物在溫度550°C下煅燒，煅燒90min，即得所需產(chǎn)物。上述方法制備出來的產(chǎn)物為:以鈦板為載體，在載體上合成二氧化鈦，二氧化鈦表面附著銀。
權(quán)利要求
1.一種催化劑，其特征在于:含有二氧化鈦、載體和銀，所述二氧化鈦位于載體上，所述銀附著在二氧化鈦表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化劑，其特征在于:所述載體為鈦板、鎳板或平板玻璃。
3.—種權(quán)利要求1所述催化劑的制備方法，其特征在于:所述方法包括如下步驟: (1)對載體的表面進(jìn)行拋光處理，將表面拋光處理后的載體進(jìn)行超聲清洗并于超聲清洗后干燥； (2)將經(jīng)過步驟(I)處理后所得的載體放入電解液中，以鈦板為陽極，鎳板為陰極，進(jìn)行陽極氧化反應(yīng)，在載體上生成豎立管狀的二氧化鈦； (3 )將經(jīng)過步驟(2 )反應(yīng)后所得的產(chǎn)物放入硝酸銀和檸檬酸的混合溶液中，以鎳板為陽極，鈦板為陰極，進(jìn)行置換反應(yīng)； (4)將經(jīng)過步驟(3)反應(yīng)后所得的產(chǎn)物依次進(jìn)行清洗、干燥和煅燒處理，即得所需產(chǎn)物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述催化劑的制備方法，其特征在于:步驟(2)中，所述電解液為0.06-0.1mol氟化銨和0.4-0.6wt%草酸混合溶液。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述催化劑的制備方法，其特征在于:步驟(2)中，所述陰極和陽極兩端所加的電壓為5-25V。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的催化劑的制備方法，其特征在于:步驟(3)中，所述硝酸銀濃度為0.08-0.12mol/L，所述檸檬酸濃度為0.15-0.25mol/L。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述催化劑的制備方法，其特征在于:步驟(3)中，所述陰極和陽極兩端所加的電壓為1.0-2.0V。
8.一種包括權(quán)利要求1所述催化劑的水處理裝置，其特征在于:所述裝置包括反應(yīng)器、折流板、催化劑以及紫外光源，所述反應(yīng)器相對的兩壁內(nèi)側(cè)均設(shè)有槽，所述折流板一端嵌入相對兩壁中一壁的槽內(nèi)，該折流板另一端靠近相對兩壁中的另一壁，所述催化劑固定位于所述折流板上，所述紫外光源位于兩個(gè)相鄰折流板之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的水處理裝置，其特征在于:所述紫外燈外設(shè)有石英套管。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的水處理裝置，其特征在于:所述兩個(gè)相鄰折流板之間還設(shè)有曝氣裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種催化劑，還公開了上述催化劑的制備方法，最后公開了包含上述催化劑的水處理裝置，所述催化劑含有二氧化鈦、載體和銀，所述二氧化鈦位于載體上，所述銀附著在二氧化鈦表面。本發(fā)明提供的催化劑將二氧化鈦固定或直接合成在載體上，避免了二氧化鈦釋放到水體中，造成水體的二次污染，另外，銀作為二氧化鈦的摻雜劑，不僅能夠提高二氧化鈦的光催化性能，而且銀還可以用作滅菌劑；本發(fā)明提供的水處理裝置的折流板上設(shè)有本發(fā)明提供的催化劑，從而該水處理裝置在殺滅污水中細(xì)菌和病原微生物的同時(shí)，還能夠去除污水中的有機(jī)物如內(nèi)分泌干擾物，達(dá)到消毒和凈化的雙重功效，且不會產(chǎn)生副產(chǎn)物。
文檔編號C02F1/50GK103212410SQ20131013833
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月19日
發(fā)明者李軼, 丁海霞, 毛凱, 王大偉, 張文龍, 王晴 申請人:河海大學(xué)