本發(fā)明屬于水處理領(lǐng)域，具體涉及一種可連續(xù)降解染料廢水的聚苯乙烯催化小球及懸浮式光催化反應(yīng)器。

背景技術(shù)：

隨著人類工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展和生活水平的提高，大量的工業(yè)廢水和生活廢水被直接排放到自然環(huán)境中去，對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，這其中大量化工染料廢水的直接排放對環(huán)境的危害尤為嚴(yán)重。為了應(yīng)對日益嚴(yán)重的水污染尤其是化工染料廢水污染，緩解水危機(jī)等重大問題，開發(fā)綠色、環(huán)保的染料廢水處理技術(shù)成為人類面臨的重大課題。

目前，用可見光催化降解染料廢水成為近年來研究的熱點之一，該技術(shù)具有高效、快速的特點，是未來人類解決染料廢水污染最具有前景的高科技技術(shù)之一。然而，直接投加光催化劑降解染料廢水不僅用量大而且催化劑難以回收，造成對環(huán)境的污染，同時造成催化劑的大量浪費。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的直接投加光催化劑降解染料廢水的不足,提供一種聚苯乙烯催化小球。

本發(fā)明的第二個目的是提供一種可連續(xù)降解染料廢水、直接過濾分離催化劑，解決光催化降解中催化劑流失的難題的懸浮式光催化反應(yīng)器。

本發(fā)明的技術(shù)方案概述如下：

一種聚苯乙烯催化小球，用下述方法制成：

1)對聚苯乙烯小球進(jìn)行預(yù)處理：依次用無水乙醇、去離子水、2-10％的無機(jī)堿水溶液、2-10％的無機(jī)酸水溶液清洗聚苯乙烯小球，用去離子水洗至中性，真空冷凍干燥，得到預(yù)處理聚苯乙烯小球；

(2)聚苯乙烯接枝改性小球的制備：將步驟(1)獲得的預(yù)處理聚苯乙烯小球，浸于5-25mM二苯甲酮的甲苯溶液或5-25mM二苯甲酮的庚烷溶液中5-30min，取出在空氣中晾干，置于密閉容器中通氮氣5-180min，再于波長為254-365nm、功率為4-12W的紫外光燈下，照射距離為5-20cm，照射5-30min，取出，放入0.1-0.5M的離子液體的甲醇溶液中，氮氣保護(hù)下，在55-65℃下，反應(yīng)12-48h；依次用去離子水，無水乙醇清洗，真空冷凍烘干，離子液體在聚苯乙烯小球表面形成聚離子液體,得到聚苯乙烯接枝改性小球；所述步驟(1)獲得的聚苯乙烯小球與離子液體的甲醇溶液的比為1g:20-30mL；

(3)按比例將1g步驟(2)得到的聚苯乙烯接枝改性小球放入10-100mL的10-25mM的雜多酸水溶液中，避光條件下，15-35℃下水浴反應(yīng)12-48h，室溫下水洗12-48h，真空冷凍干燥得聚苯乙烯催化小球。

優(yōu)選的是：所述無機(jī)堿為氫氧化鈉或氫氧化鉀。

所述無機(jī)酸為鹽酸或硫酸。

所述離子液體為1-(4-乙烯基芐基)-3-甲基咪唑氯鹽，1-(4-乙烯基芐基)-3-丁基咪唑氯鹽，1-(4—乙烯基芐基)-3-甲基咪唑溴鹽或1-(4-乙烯基芐基)-3-丁基咪唑嗅鹽。

所述雜多酸為：磷鉬酸、磷鎢酸或硅鉬酸。

懸浮式光催化反應(yīng)器包括透光容器10，在透光容器內(nèi)設(shè)置有曝氣頭7，設(shè)置在透光容器外的曝氣泵5通過管道依次與氣體流量計6和曝氣頭7連接；設(shè)置有第1閥門2的進(jìn)料管一端與進(jìn)料泵1連接，另一端設(shè)置在透光容器10內(nèi)，在透光容器10外設(shè)置有日光燈8，在透光容器10內(nèi)還設(shè)置有聚偏氟乙烯平板微濾膜原件9和上述聚苯乙烯催化小球11，聚偏氟乙烯平板微濾膜原件9通過管道依次與設(shè)置在透光容器10外的第2閥門3和出料泵4連接。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的懸浮式光催化反應(yīng)器，其特征是所述透光容器的材質(zhì)為玻璃或聚甲基丙烯酸甲酯。

本發(fā)明的優(yōu)點：

本發(fā)明的聚苯乙烯催化小球，以聚苯乙烯為基質(zhì)，將催化劑固載在其表面，在使用時，能避免傳統(tǒng)方法中出現(xiàn)的催化劑流失的問題。本發(fā)明的懸浮式光催化反應(yīng)器在常溫下運(yùn)行，低耗能，綠色環(huán)保，操作簡單，易規(guī)?；m用于未來新型工業(yè)生產(chǎn)的可連續(xù)降解染料廢水的工藝技術(shù)。

本發(fā)明的懸浮式光催化反應(yīng)器在連續(xù)運(yùn)行降解酸性橙II分子的過程中比較穩(wěn)定，這在實際的工業(yè)應(yīng)用中是比較重要的。

附圖說明

圖1是懸浮式光催化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是聚苯乙烯小球與改性后小球的ATR-IR紅外譜圖，其中：

a為聚苯乙烯小球的ATR-IR紅外譜圖；

b為聚苯乙烯接枝改性小球的ATR-IR紅外譜圖；

c為聚苯乙烯催化小球的ATR-IR紅外譜圖。

具體實施方式

通過以下實施例將有助于理解本發(fā)明，但并不限制本發(fā)明的內(nèi)容。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請的權(quán)利要求書的范圍。

下面通過實施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

實施例1

一種聚苯乙烯催化小球，用下述方法制成：

(1)對聚苯乙烯小球進(jìn)行預(yù)處理：依次用無水乙醇、去離子水、5％的氫氧化鈉水溶液、5％的鹽酸水溶液清洗聚苯乙烯小球，用去離子水洗至中性，真空冷凍干燥，得到預(yù)處理聚苯乙烯小球；

(2)聚苯乙烯接枝改性小球的制備：將步驟(1)獲得的預(yù)處理聚苯乙烯小球，浸于15mM二苯甲酮的甲苯溶液中15min，取出在空氣中晾干，置于密閉容器中通氮氣90min，再于波長為365nm、功率為8W紫外光燈下，照射距離為10cm，照射10min，取出，放入0.3M的離子液體的甲醇溶液中，氮氣保護(hù)下，在60℃下，反應(yīng)36h；依次用去離子水，無水乙醇清洗，真空冷凍烘干，離子液體在聚苯乙烯小球表面形成聚離子液體,得到聚苯乙烯接枝改性小球；所述步驟(1)獲得的聚苯乙烯小球與離子液體的甲醇溶液的比為1g:25mL；

本實施例的離子液體為：1-(4-乙烯基芐基)-3-甲基咪唑氯鹽；

(3)按比例將1g步驟(2)得到的聚苯乙烯接枝改性小球放入50mL的20mM的磷鉬酸水溶液中，避光條件下，25℃下水浴反應(yīng)30h，室溫下水洗30h，真空冷凍干燥得聚苯乙烯催化小球。

實施例2

一種聚苯乙烯催化小球，用下述方法制成：

(1)對聚苯乙烯小球進(jìn)行預(yù)處理：依次用無水乙醇、去離子水、2％的氫氧化鉀水溶液、2％的硫酸水溶液清洗聚苯乙烯小球，用去離子水洗至中性，真空冷凍干燥，得到預(yù)處理聚苯乙烯小球；

(2)聚苯乙烯接枝改性小球的制備：將步驟(1)獲得的預(yù)處理聚苯乙烯小球，浸于5mM二苯甲酮的甲苯溶液中30min，取出在空氣中晾干，置于密閉容器中通氮氣5min，再于波長為254nm、功率為4W的紫外光燈下，照射距離為5cm，照射5min，取出，放入0.1M的離子液體的甲醇溶液中，氮氣保護(hù)下，在55℃下，反應(yīng)48h；依次用去離子水，無水乙醇清洗，真空冷凍烘干，離子液體在聚苯乙烯小球表面形成聚離子液體,得到聚苯乙烯接枝改性小球；所述步驟(1)獲得的聚苯乙烯小球與離子液體的甲醇溶液的比為1g:20mL；

本實施例的離子液體為：1-(4-乙烯基芐基)-3-丁基咪唑氯鹽

(3)按比例將1g步驟(2)得到的聚苯乙烯接枝改性小球放入10mL的25mM的磷鎢酸水溶液中，避光條件下，15℃下水浴反應(yīng)48h，室溫下水洗12h，真空冷凍干燥得聚苯乙烯催化小球。

實施例3

一種聚苯乙烯催化小球，用下述方法制成：

(1)對聚苯乙烯小球進(jìn)行預(yù)處理：依次用無水乙醇、去離子水、10％的氫氧化鈉水溶液、10％的鹽酸水溶液清洗聚苯乙烯小球，用去離子水洗至中性，真空冷凍干燥，得到預(yù)處理聚苯乙烯小球；

(2)聚苯乙烯接枝改性小球的制備：將步驟(1)獲得的預(yù)處理聚苯乙烯小球，浸于25mM二苯甲酮的甲苯溶液中5min，取出在空氣中晾干，置于密閉容器中通氮氣180min，再于波長為365nm、功率為12W的紫外光燈下，照射距離為20cm，照射30min，取出，放入0.5M的離子液體的甲醇溶液中，氮氣保護(hù)下，在65℃下，反應(yīng)12h；依次用去離子水，無水乙醇清洗，真空冷凍烘干，離子液體在聚苯乙烯小球表面形成聚離子液體,得到聚苯乙烯接枝改性小球；所述步驟(1)獲得的聚苯乙烯小球與離子液體的甲醇溶液的比為1g:30mL；

本實施例的離子液體為：1-(4—乙烯基芐基)-3-甲基咪唑溴鹽；

(3)按比例將1g步驟(2)得到的聚苯乙烯接枝改性小球放入100mL的10mM的硅鉬酸水溶液中，避光條件下，35℃下水浴反應(yīng)12h，室溫下水洗48h，真空冷凍干燥得聚苯乙烯催化小球。

實驗證明：用1-(4-乙烯基芐基)-3-丁基咪唑嗅鹽替代本實施例的1-(4—乙烯基芐基)-3-甲基咪唑溴鹽，其它同本實施例，可制備出聚苯乙烯催化小球。

實驗證明：實施例1-3的二苯甲酮溶液的溶劑也可用庚烷。

懸浮式光催化反應(yīng)器見圖1，包括容積為10L長方形的玻璃透光容器(10)，在玻璃透光容器內(nèi)設(shè)置有曝氣頭(7)，設(shè)置在玻璃透光容器外的曝氣泵(5)通過管道依次與氣體流量計(6)和曝氣頭(7)連接；設(shè)置有第1閥門(2)的進(jìn)料管一端與進(jìn)料泵(1)連接，另一端設(shè)置在玻璃透光容器(10)內(nèi)，在玻璃透光容器(10)外設(shè)置有兩個55W日光燈(8)，在玻璃透光容器(10)內(nèi)還設(shè)置有聚偏氟乙烯平板微濾膜原件(9)和聚苯乙烯催化小球(11)，聚偏氟乙烯平板微濾膜原件(9)通過管道依次與設(shè)置在玻璃透光容器(10)外的第2閥門(3)和出料泵(4)連接。

實驗：

在玻璃透光容器中，通入6L染料廢水(染料為酸性橙II)，在pH＝1、實施例1制備的聚苯乙烯催化小球濃度為0.5g/L、水力滯留時間為4h、曝氣速率為4L/min時，降解0.2g/L酸性橙II染料，酸性橙II降解率在100min內(nèi)達(dá)到100％。

在玻璃透光容器中，通入6L染料廢水(染料為酸性橙II)，在pH＝1、實施例2制備的聚苯乙烯催化小球濃度為0.5g/L、水力滯留時間為4h、曝氣速率為4L/min時，降解0.1g/L酸性橙II染料，酸性橙II降解率在100min內(nèi)達(dá)到94％。

在玻璃透光容器中，通入6L染料廢水(染料為酸性橙II)，在pH＝1、實施例3制備的聚苯乙烯催化小球濃度為0.2g/L、水力滯留時間為4h、曝氣速率為4L/min時，降解0.2g/L酸性橙II染料酸性橙II降解率在100min內(nèi)達(dá)到84％。

實驗證明，透光容器的材質(zhì)還可以選聚甲基丙烯酸甲酯。

本發(fā)明的染料選用酸性橙II，僅是為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠更好地理解本發(fā)明，與酸性橙II性質(zhì)相似的其它染污物均可以用本發(fā)明的聚苯乙烯催化小球和懸浮式光催化反應(yīng)器進(jìn)行降解去除。