申请日2014.01.24
公开(公告)日2014.05.14
IPC分类号B01J23/28; B01J23/26; B01J23/30; C01G39/00; C02F103/30; C01G41/00; B82Y30/00; B82Y40/00; C02F9/08; C01G37/14
摘要
本发明涉及一种VIB族含氧酸根与铅/镉离子染料废水高分子滤膜法纳米化及无机/有机废水一体化处理装置。方法：(1)高分子滤膜，固定在反应装置中，将反应装置分成A、B两个单元;(2)将重金属含氧酸根离子作为A溶液;将重金属离子作为B溶液;分别置于反应装置的A、B单元;(3)在A侧加压，使得A溶液均匀流到B侧，与B溶液发生均匀沉淀反应。反应装置包含四个部分：前处理部分、废水膜处理部分、沉淀部分、检测部分，废水膜处理部分包含单元I、单元II、单元III三个反应单元，每个处理单元被有机滤膜分为A、B两个小单元。本发明的意义不仅实现了“变废为宝”，还实现了“以废治废”。
权利要求书
1.一种利用高分子滤膜制备重金属含氧酸盐半导体纳米材料的方法，其特征在于，具体包括步骤如下：
(1)将高分子滤膜用蒸馏水简单清洗后，晾干，固定在反应装置中，将反应装置分成A、B两个单元;
(2)将浓度小于或等于0.01mol/L的重金属含氧酸根离子作为A溶液;将浓度小于或等于0.01mol/L重金属离子作为B溶液;分别将A、B溶液置于所述反应装置的A、B单元;
(3)用注射器向A单元通入气体，在A侧加压，使得A溶液在压力作用下通过中间的高分子滤膜缓慢、均匀流到B侧，与B溶液发生均匀沉淀反应，在B侧得到重金属含氧酸盐半导体纳米材料。
2.如权利要求1所述的利用高分子滤膜制备重金属含氧酸盐半导体纳米材料的方法，其特征在于，步骤(1)中重金属含氧酸根离子为MoO42-、CrO42-或者WO42-，或者它们的任意混合。
3.如权利要求1所述的利用高分子滤膜制备重金属含氧酸盐半导体纳米材料的方法，其特征在于，步骤(1)中重金属离子为Pb2+/或者Cd2+或者它们的任意混合。
4.一种利用高分子滤膜联合处理无机/有机废水的技术是通过设计一套带有高分子滤膜的联合水处理装置来实现的，其特征在于，该装置包含四个部分：前处理部分、废水膜处理部分、沉淀部分、检测部分，其中：
所述前处理部分，包含A、B两个单元， A单元储有重金属含氧酸根离子的废水和有机染料废水，B单元储有重金属离子的废水和有机染料废水;
所述废水膜处理部分，包含三个反应单元;分别为单元 、单元、单元 ，每个处理单元被高分子滤膜分为A、B两个小单元;
单元中的小单元A、B分别通过管道与前处理部分的A、B部分相连;
单元的小单元A通过管道与单元的小单元B相连，单元的小单元B通过管道与单元的小单元A相连，同理单元与单元之间的连接;
每个单元中的小单元A均连接有气泵，通过气体流量计控制小单元A的压强高于小单元B的压强;
除单元的小单元A外，每个单元中的小单元均装有可见/紫外灯;
每个单元中的小单元均装有搅拌装置;
所述沉淀部分，通过管道分别与废水膜处理部分最后反应单元单元的A、B小单元相连;
所述检测部分，通过管道与沉淀部分相连;用于检测重金属含量及染料浓度/COD是否达到GB8978-1996《污水综合排放标准》中的三级排放标准，达到标准排放，达不到标准则通过回流泵返回到单元继续处理。
说明书
VIB族含氧酸根与铅/镉离子染料废水高分子滤膜法联合处理技术
技术领域
本发明属于工业废水处理技术领域，具体涉及一种制备含氧酸盐半导体纳米材料同步处理无机/有机废水的方法。
背景技术
水是生命之源，是人类生活、动植物生长和工农业生产不可缺少的物质，在自然界和人类社会的存在和发展中起着不可替代的作用。然而随着工业化和人口城市化进程的加快，大量污染物随废水排入河流，造成了严重的水环境污染，加剧了水资源短缺的问题。其中，工业废水对我国水环境的危害尤其严峻，废水中的重金属是当前最受关注的污染物之一。纺织印染工业作为中国具有优势的传统支柱行业之一，20世纪90年代以来获得迅猛发展。新型助剂、染料、整理剂等在印染行业中被大量使用，难降解有毒有机成分的含量也越来越多，对环境尤其是水环境的威胁和危害越来越大。各类染料和助剂中添加有不同种类、较大剂量的重金属物质，如铅、汞等。这些重金属在水体中不能被微生物降解，当重金属积累到一定的程度就会对水体、水生植物、水生动物系统产生严重危害，并使整个水生生态系统结构和功能受损，甚至造成水生生态系统崩溃。传统的重金属废水处理技术有：重金属沉淀法、吸附法、浮选法、离子交换法、电化学处理技术法、生物化学法等;新型重金属废水处理技术：光催化法、新型介孔材料、基因工程技术、胶束强化超滤-电解法等。印染废水处理的方法很多，如吸附法、膜分离法、超声波气振法、高能物理法、生物处理方法、化学混凝法、电化学法、光化学氧化法等。这些方法大都是独立使用，有着某些方面的不足。所以怎样将这些方法技术组合起来，开发高效的废水治理技术，使污染物达到排放标准，并有效的回收利用重金属是当今环保面临的一个突出问题。
发明内容
本发明的目的之一在于公开一种利用高分子滤膜制备形貌特殊、光催化性能较好的含氧酸盐半导体纳米材料的方法，该方法应用于废水处理中，不仅能将废水中的重金属离子去除，还在此过程中获得一种半导体纳米材料，用此半导体纳米材料光催化降解有机染料，联合处理无机/有机废水。
本发明的目的之二在于公开一种在目的一的基础上设计的一套利用高分子滤膜联合处理无机/有机废水的水处理装置，该装置包含四个部分，分别为前处理部分、废水膜处理部分、沉淀部分、检测部分。
因此，本发明的意义不仅实现了“变废为宝”，还实现了“以废治废”。
为此，本发明依次给出如下两技术方案：
需要保护的技术方案一，表征为：
一种利用高分子滤膜制备重金属含氧酸盐半导体纳米材料的方法，其特征在于，具体包括步骤如下：
(1)将高分子滤膜用蒸馏水简单清洗后，晾干，固定在反应装置中，将反应装置分成A、B两个单元;
(2)将浓度小于或等于0.01mol/L的重金属含氧酸根离子(MoO42-/CrO42-/WO42-)作为A溶液;将浓度小于或等于0.01mol/L重金属离子(Pb2+/Cd2+)作为B溶液;分别将A、B溶液置于所述反应装置的A、B单元;
(3)在A侧加压(用注射器向A单元通入气体)，使得A溶液在压力作用下通过中间的高分子滤膜缓慢、均匀流到B侧，与B溶液发生均匀沉淀反应，在B侧即可得到形貌特殊、光催化效果较好的重金属含氧酸盐半导体纳米材料;高分子微孔滤膜因其孔径非常小(0.22μm)，在此起到了控制流速、使溶液均匀分布的作用，界面作用在晶体成核过程中产生一定的影响。
该技术方案的应用及有益效果：用此半导体纳米材料作催化剂，在模拟太阳光/紫外光照射下，光催化降解有机染料(Rh.B/MO/MB)。以钼酸铅为例，催化剂浓度为0.25g/L，染料浓度为1.0mg/L,模拟太阳光照射150min, Rh.B即可达到100%的降解率。
本发明需要保护的第二个技术方案，表征为：
一种利用高分子滤膜联合处理无机/有机废水的水处理装置，其特征在于，该装置包含四个部分：前处理部分、废水膜处理部分、沉淀部分、检测部分，其中废水膜处理部分为本装置的主体部分。四个部分的构造与作用分述如下：
所述前处理部分，包含A、B两个单元， A单元储有重金属含氧酸根离子(MoO42-/CrO42-/WO42-)的废水和有机染料废水，B单元储有重金属离子(Pb2+/Cd2+)的废水和有机染料废水;用于将含重金属的废水与有机染料废水混合，并将原废水中的大颗粒污染物预沉降去除。
所述废水膜处理部分，包含三个反应单元，分别为单元 、单元、单元;用于合成形貌特殊光催化性能较好的纳米材料，并用此纳米材料光催化降解有机染料，联合处理废水中的无机/有机污染物。
所述沉淀部分，通过管道分别与废水膜处理部分最后反应单元(单元)的A、B小单元相连;用于将光催化反应完后的半导体光催化剂沉淀去除。
所述检测部分，通过管道与沉淀部分相连;用于检测重金属含量及染料浓度/COD是否达到GB8978-1996《污水综合排放标准》中的三级排放标准，达到标准排放，达不到标准则通过回流泵返回到单元继续处理。
废水膜处理部分的构造与作用详述如下：
构造：设置三个反应单元(至少三个，根据实际情况可增加)，分别为单元、单元、单元 ，每个处理单元被高分子滤膜分为A、B两个小单元;单元中的小单元A、B分别通过管道与前处理部分的A、B部分相连;单元的小单元A通过管道与单元的小单元B相连，单元的小单元B通过管道与单元的小单元A相连，同理单元与单元之间的连接;每个单元中的小单元A均连接有气泵，通过气体流量计控制小单元A的压强高于小单元B的压强;每个单元中的小单元均装有可见/紫外灯(除单元的小单元A);每个单元中的小单元均装有搅拌装置。
作用：在单元中，含有重金属含氧酸根离子(MoO42-/CrO42-/WO42-)的废水和有机染料废水通过管道由前处理部分的A部分流入单元的小单元A, 含有重金属离子(Pb2+/Cd2+)的废水和有机染料废水通过管道由前处理部分的B部分流入单元的小单元B;当小单元A的溶液在压力作用下通过高分子滤膜流到小单元B时，在B单元发生反应，生成形貌特殊、光催化性能较好的含氧酸盐半导体纳米材料，在此过程中，溶液中的重金属离子浓度得以降低;同时此半导体纳米材料在模拟太阳光/紫外光照射下催化降解废水中的有机染料，使得废水中的染料浓度得以降低。废水继续向前流动，在单元中，经过单元处理后的较低浓度的废水由单元的小单元B流入单元的小单元A，未经处理的废水通过单元的小单元A与单元的小单元B之间的管道流入单元的小单元B;小单元A的废水在压力作用下通过高分子滤膜流入小单元B，在小单元B中的反应、降解过程同单元。在反应单元中，经过单元处理后的较低浓度的废水通过管道由单元的小单元A流入单元的小单元B, 经过单元处理后的更低浓度的废水通过管道由单元的小单元B流入单元的小单元A;小单元A的溶液在压力作用下通过高分子滤膜流入小单元B, 在小单元B中的反应、降解过程同单元。在整个过程中，因为各个小单元中的废水中均含有半导体纳米材料光催化剂(除单元的小单元A)，所以有机染料的光催化降解过程在各个小单元(除单元的小单元A)中均有发生。
本发明的优势是：利用高分子滤膜合成了形貌特殊、光催化性能较好的半导体纳米材料;将此运用到重金属印染废水处理中，废水中的重金属含量在处理过程中逐渐得以降低，最终达到污水综合排放标准，在此过程中还得到了性能较好的半导体纳米光催化材料(变废为宝);利用得到的光催化性能较好的半导体纳米材料，在光照下催化降解有机染料(以废治废)，废水中无机/有机污染物联合处理得以实现;本发明体现了废物回收再利用的环保理念。
