申请日2004.12.07
公开(公告)日2006.04.19
IPC分类号B01J21/06; C02F1/30
摘要
本发明公开了属于水处理技术范围的一种含油污水光降解处理方法。该方法包括悬浮态磁性纳米TiO2复合光催化剂的制备、光催化剂降解处理和光催化剂回收利用。采用溶胶-凝胶法在纳米Fe3O4核心粒子外面先包覆一层SiO2，再以同样方法包覆TiO2外层，制备出平均粒径约为21纳米的磁性纳米TiO2复合光催化剂，将其悬浮于含油污水中，然后让污水通过回旋式透明管道，接受外加紫外光源照射，利用悬浮于含油污水的磁性纳米TiO2复合光催化剂的光催化降解作用降解油污。在排放口设置2-4道磁性材料网，回收利用光催化剂。具有非常好的光催化活性，很容易用回收，这将促进悬浮态TiO2光催化体系在污水降解中的工业化应用。
权利要求书
1.一种含油污水光降解处理方法，其特征在于：所述含油污水的处理方法包 括悬浮态磁性纳米TiO2复合光催化剂的制备、光催化剂降解处理和光催化剂回 收：
1)磁性纳米TiO2复合光催化剂的制备：采用纳米Fe3O4粒子为核心，先采用 溶胶-凝胶法包覆一层SiO2，然后再采用溶胶-凝胶法包覆TiO2外层，制备出磁 性纳米TiO2复合光催化剂：磁性纳米Fe3O4粒子为核心尺寸：5～20nm;SiO2中 间层1～2nm;TiO2光催化剂包覆层：5-20纳米，并将磁性纳米TiO2复合光催化 剂进行适度表面酸处理，使其在含油污水中容易悬浮;
2)含油污水的光催化剂降解处理工艺：将进行过表面处理的磁性纳米TiO2 复合光催化剂用超声振动方式使其悬浮于含油污水中，所加入TiO2复合光催化剂 为含油污水体积的0.02～0.2%，然后让污水通过回旋式透明管道，接受外加紫外 光源照射，照射时间为：20～80分钟，利用悬浮于含油污水的磁性纳米TiO2复 合光催化剂的光催化降解作用降解油污;
3)光催化剂回收利用：当污水经过足够时间的光催化降解处理达到排放要 求后排放，在排放口设置2-4道磁性材料网，在外加磁场作用下，回收磁性纳 米TiO2复合光催化剂。
2.根据权利要求1所述含油污水光降解处理方法，其特征在于：所述磁性材 料网为有序排列的磁棒和/或磁性金属网。
说明书
一种含油污水光降解处理方法
技术领域
本发明属于水处理技术范围，特别涉及一种含油污水光降解处理方法。
背景技术
在环境保护中，工业污水和废水处理是各国政府和企业每天都必须面临的问 题。由于污水、废水中的有机物很难去处，因此开发出能将有害有机物浓度高效 快速、低成本地降低至安全排放标准以下是科技工作者非常关注的问题。20世纪 后期，科技工作者发现二氧化钛(TiO2)光催化剂具有降解各种有机化合物等特 性，引发了将TiO2光催化剂应用于环境净化和污水处理研发的浪潮。二氧化钛金 属氧化物半导体在紫外光的照射下，能产生电子—空穴对，并能产生强氧化性自 由基团使有机物降解。因此，TiO2可作为有机物降解的光催化剂材料用于工业污 水、废水和含油污水处理。纳米TiO2由于具有独特的小尺寸效应、表面效应、较 高的耐酸碱化学稳定性和高的光催化活性，是污水光降解催化剂的首选材料。因 而纳米TiO2光催化降解废水是目前国际上最受关注的工业污水处理新工艺。
用于光催化降解的纳米TiO2可有悬浮状与固定状两种形式。悬浮状TiO2粉体 具有比表面积大、能和待处理溶液充分混合、接受光照的效果好等优势，光催化 效率高，而且反应器简单。但悬浮于溶液中的TiO2粉体难于回收，使得催化降解 成本很高，因而很难应用于污水处理等领域，这制约了悬浮状TiO2光催化降解体 系的实际应用。目前光催化降解应用研究中主要采用固定状光催化剂，并采用固 定床反应器，以降低运行成本，现在国外已应用于工业污水处理。但固定状光催 化的光催化降解效率远低于悬浮态光催化系统。为了提高光催化效率，近年科技 工作者进行了一系列探索性研究，如采用将TiO2负载于空心玻璃或陶瓷微珠、泡 沫塑料、树脂和木屑等载体上制成漂浮型光催化剂，可提高催化剂的有效利用率， 但空心玻璃或陶瓷微珠粒度小，难以拦截回收，会造成催化剂的流失及水面固体 的二次污染;而泡沫塑料、树脂和木屑等载体的光稳定性较差，限制了该技术的 商业化应用。尽管如此，研究开发可回收的悬浮态光催化剂体系以显著提高光催 化降解效率具有重要意义和实用价值，也是国内外研究发展的趋势。
最近本研究组进行了将磁性物质与TiO2相结合，组装成磁性材料承载的光催 化剂，然后利用磁性回收催化剂的研究。现已成功制备出多层包覆的磁性纳米 TiO2复合光催化剂粒子，平均粒经约为21nm，具有非常好的光催化活性，很容易 用回收。因此，可用做悬浮态光催化剂，这将促进悬浮态TiO2光催化体系在污水 降解中的工业化应用。
在陆地和海上油田的采油过程中，含油污水的处理是一项重要的污水处理工 序。研究结果表明，TiO2光催化剂能有效降解含油污水的油。若采用悬浮态纳米 光催化剂进行光催化降解将能高效地将油降解为无害物质。因此，将磁性纳米 TiO2复合光催化剂应用于含油污水处理有显著的实用价值和市场前景。并将带动 该光催化剂的工业制备和其它工业污水光降解处理产业的发展，对我国环境保护 和环保产业发展有重要意义。利用该方法既能以较低的成本光降解处理含油污 水。经文献检索，国内外未见有的相关报道。
发明内容
本发明提出了一种含油污水光降解处理方法。其特征在于：所述含油污水的 处理方法包括悬浮态磁性纳米TiO2复合光催化剂的制备、光催化剂降解处理和光 催化剂回收。
1)磁性纳米TiO2复合光催化剂的制备：采用纳米Fe3O1粒子为核心，先采用 溶胶—凝胶法包覆一层SiO2，然后再采用溶胶—凝胶法包覆TiO2外层，制备出磁 性纳米TiO2复合光催化剂：磁性纳米Fe3O1粒子为核心尺寸：5～20nm;SiO2中 间层约1～2nm;TiO2光催化剂包覆层：5-20纳米。并将磁性纳米TiO2复合光催 化剂进行适度表面酸处理，使其在含油污水中容易悬浮。
2)含油污水的光催化剂降解处理工艺：将进行过表面处理的磁性纳米TiO2 复合光催化剂用超声振动方式使其悬浮于含油污水中，加入量约为：0.02～ 0.2%(V/V)。然后让污水通过回旋式透明管道，接受外加紫外光源照射，照射时 间约为：20～80分钟(增加光源强度，可缩短照射时间)。利用悬浮于含油污水 的磁性纳米TiO2复合光催化剂的光催化降解作用降解油污。
3)光催化剂回收利用：当污水经过足够时间的光催化降解处理达到排放要 求后排放，在排放口设置2-4道磁性材料网，在外加磁场作用下，可简便回收 磁性纳米TiO2复合光催化剂。
所述磁性材料网为有序排列的磁棒和/或磁性金属网。
本发明的有益效果是采用溶胶—凝胶法制备出多层包覆的磁性纳米TiO2复 合光催化剂粒子，平均粒经约为21nm，具有非常好的光催化活性，很容易用回收。 因此，可用做悬浮态光催化剂，这将促进悬浮态TiO2光催化体系在污水降解中的 工业化应用。
具体实施方式：
本发明提出了一种含油污水光降解处理方法。该方法包括悬浮态磁性纳米 TiO2复合光催化剂的制备、光催化剂降解处理和光催化剂回收利用。
1)磁性纳米TiO2复合光催化剂的制备：采用纳米Fe3O1粒子为核心，先采用 溶胶—凝胶法包覆一层SiO2，然后再采用溶胶—凝胶法包覆TiO2外层，制备出磁 性纳米TiO2复合光催化剂：磁性纳米Fe3O1粒子为核心尺寸：5～20nm;SiO2中 问层约1～2nm;TiO2光催化剂包覆层：5-20纳米。并将磁性纳米TiO2复合光 催化剂进行适度表面酸处理，使其在含油污水中容易悬浮。经X射线衍射和透射 电子显微镜分析，煅烧后的TiO2为锐钛矿型结构，经检验，磁性纳米TiO2复合光 催化剂粒子的平均粒径约为21纳米。
2)含油污水的光催化剂降解处理工艺：利用磁性纳米TiO2复合光催化剂外 层为TiO2、在紫外光的照射下能产生电子—空穴对并能产生强氧化性自由基团使 各种有机物(如油等)降解的特点，将磁性纳米TiO2复合光催化剂悬浮于含油污 水中，在外加光源照射作用下光催化降解油类有机化合物将进行过表面处理的磁 性纳米TiO2复合光催化剂用超声振动方式使其悬浮于含油污水中，加入量约为： 0.02～0.2%(V/V)。然后让污水通过回旋式透明管道，接受外加紫外光源照射， 照射时间约为：20～80分钟(增加光源强度，可缩短照射时间)。利用悬浮于含 油污水的磁性纳米TiO2复合光催化剂的光催化降解作用降解油污。利用对比研究 方法，分析了磁性纳米TiO2复合光催化剂的光催化降解活性，发现所制备的磁性 纳米TiO2复合光催化剂具有很好的光催化活性，性能与De Guass P25纳米TiO2 光催化剂相近。且具有很好的悬浮性能。
3)光催化剂回收利用：当污水经过足够时间的光催化降解处理达到排放要 求后排放，在排放口设置2-4道磁性材料网，在外加磁场作用下，可简便回收 磁性纳米TiO2复合光催化剂。
上述磁性材料网为有序排列的磁棒和/或磁性金属网。
