催化劑與低溫等離子體聯(lián)合處理難生化降解有機廢水的裝置及方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明屬于難生化降解有機廢水處理領域，具體涉及一種Ag3P04/Ti02催化劑與低溫等離子體聯(lián)合處理難生化降解有機廢水的裝置以及使用這種裝置進行廢水處理的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]難生化降解有機廢水指廢水中有被微生物分解時速度很慢、分解不徹底的有機物(也包括某些有機物的代謝產(chǎn)物)，這類污染物易在生物體內(nèi)富集，也容易成為水體的潛在污染源。這類污染物包括多環(huán)芳烴、齒代烴、雜環(huán)類化合物、有機氛化物、有機磷農(nóng)藥、表面活性劑、有機染料等有毒難降解有機污染物。這些物質(zhì)的共同特點是毒性大，成份復雜，化學耗氧量高，一般微生物對其幾乎沒有降解效果，如果這些物質(zhì)不加治理地向環(huán)境排放，勢必嚴重地污染環(huán)境和威脅人類的身體健康。隨著工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，人們合成了越來越多的有機物，其中難降解有機物占了很大比例，因此難降解有機物的治理研宄已引起國內(nèi)外有關(guān)專家的高度重視，是目前水污染防治研宄的熱點與難點。當廢水含有有毒物質(zhì)或生物難降解的有機物時，生物法的處理效果欠佳，甚至不能處理。于是隨著研宄的深入，高級氧化技術(shù)應運而生，在使用中已獲得顯著效果。高級氧化技術(shù)的基礎在于運用光輻照、電、聲、催化劑，有時還與氧化劑結(jié)合，在反應中產(chǎn)生活性極強的.0H，再通過自由基與有機化合物之間的加合、取代、電子轉(zhuǎn)移、斷鍵等，使水體中的大分子，難降解有機物氧化降解成低毒或無毒的小分子物質(zhì)，甚至直接降解成0)2和H2O,接近完全礦化。
[0003]低溫等離子體作為一種新興的高級氧化技術(shù)，包括.0H、臭氧、紫外光和超聲波等活性物質(zhì)，可有效降解難生化處理的有機廢水，降解速率快，能有效地將廢水中的有機物徹底降解為C02、H2O和無機鹽，無二次污染，工藝靈活，既可單獨處理，又可以與其他處理工藝組合。介質(zhì)阻擋放電(DBD)是有絕緣介質(zhì)插入放電空間的一種非平衡態(tài)氣體放電，能夠在大氣壓下產(chǎn)生大體積、高能量密度的低溫等離子體。在大氣壓下，這種氣體放電呈現(xiàn)微通道的放電結(jié)構(gòu)，每個微放電的時間過程都很短暫，壽命不到1ns，而電流密度卻很高。平板式DBD能在水面產(chǎn)生強大的離子風和低溫等離子體，對有機物進行降解；而且與電暈放電相比，DBD能發(fā)射窄帶輻射，其波長覆蓋紅外、紫外和可見光等光譜區(qū)，且不產(chǎn)生輻射的自吸收，它是一種高效率、高強度的單色光源。但是這些大量的紫外光與可見光并不能用來直接降解有機物，造成大量光損失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于利用介質(zhì)阻擋放電等離子體協(xié)同Ag3P04/Ti02催化劑技術(shù)，實現(xiàn)難生化降解有機廢水中有機物的高效去除，同時提供了一種Ag3P04/Ti02催化劑與低溫等離子體聯(lián)合處理難生化降解有機廢水的裝置及方法，以期解決或緩解難生化降解有機物所造成的水體污染問題，同時減少介質(zhì)阻擋放電的光損失，提高介質(zhì)阻擋放電裝置的降解效率。該方法具有反應條件溫和、操作簡單、反應效率高、處理效果好、無二次污染、重復使用效果好、普適性強等優(yōu)點。
[0005]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0006]一種Ag3P04/Ti02催化劑與低溫等離子體聯(lián)合處理難生化降解有機廢水的裝置，它包括圓形平板式介質(zhì)阻擋放電反應裝置和循環(huán)緩沖容器，所述的圓形平板式介質(zhì)阻擋放電反應裝置包括分別連接交流高壓電源正負極的上下相對設置的高壓電極和接地電極，所述的高壓電極和接地電極之間設有石英介質(zhì)板、圓形反應釜，所述圓形反應釜的進水口和出水口分別通過蠕動泵連通所述的循環(huán)緩沖容器形成廢水循環(huán)管路，所述圓形反應釜的底部均勻分布有Ag3P04/Ti(^f化劑。
[0007]作為一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述的高壓電極和接地電極分別固定在上下相對設置的固定板上，所述的高壓電極的底端固連所述的石英介質(zhì)板，所述接地電極的頂端固連所述的圓形反應釜。
[0008]進一步優(yōu)選的，所述高壓電極和接地電極之間的間距為3?6mm。
[0009]優(yōu)選的，所述圓形反應釜的進水口和出水口上分別設有微孔濾膜用于防止Ag3PO4/T12催化劑隨水流走。
[0010]所述的循環(huán)緩沖容器內(nèi)的廢水通過攪拌器攪拌確保容器內(nèi)廢水混合均勻，攪拌器可以為磁力攪拌器。
[0011]廢水通過進出水蠕動泵提供的動力進行循環(huán)，連通在所述圓形反應釜的進水口和循環(huán)緩沖容器之間的蠕動泵的進水流速為35?55ml/min，連通在所述圓形反應釜的出水口和循環(huán)緩沖容器之間的蠕動泵的出水流速為45?65ml/min。始終保持出水流速高于進水流速，以維持反應釜內(nèi)較低的液面。
[0012]所述石英介質(zhì)板和圓形反應釜的材質(zhì)為石英玻璃。所述的高壓電極和接地電極均為鋁電極。
[0013]一種Ag3PO4Zt12催化劑與低溫等離子體聯(lián)合處理難生化降解有機廢水的方法，將難生化降解有機廢水用蠕動泵泵入底部均勻放置有Ag3P04/Ti02催化劑的圓形反應釜使廢水以液膜方式流過，然后打開交流高壓電源進行介質(zhì)阻擋放電，產(chǎn)生低溫等離子體，等離子體協(xié)同Ag3P04/Ti(^f化劑對含難降解有機物的廢水進行處理。
[0014]作為一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述交流高壓電源的輸出功率為60?100W ;介質(zhì)阻擋放電等離子體協(xié)同Ag3P04/Ti02催化劑對難生化降解有機廢水進行處理的時間為3?30min。
[0015]所述的難生化降解有機廢水的pH為2?7。所述的難生化降解有機廢水的濃度不限，因為協(xié)同降解對高低濃度的廢水均有較高去除率，隨濃度的降低降解效率會有所提高。
[0016]本發(fā)明的Ag3P04/Ti02催化劑采用共沉淀法制備，其制備方法包含以下步驟:
[0017](I)制備AgNO3和T1 2的混合溶液及Na 3P04溶液:將T1 2加入去離子水中超聲處理20?30min后制成T12溶液，再向所述T1 2溶液中加入AgNO 3攪拌后制成AgNO 3和T1 2的混合溶液；將Na3PO4溶于去離子水中制成Na丨04溶液；
[0018](2)將所述的Na3PO4溶液逐滴加到所述的AgNO 3和T1 2的混合溶液中，繼續(xù)攪拌4?7h后過濾，將Ag3P04/Ti02沉淀物用去離子水反復洗滌、烘干。
[0019]上述AgNO3和T1 2的混合溶液中T1 2的濃度為0.4mol/L，AgNO 3的濃度為
0.36mol/L，所述Na3PO4溶液的濃度為0.12mol/L，所述AgNO 3與Na 3P04的摩爾比為3:1，以保證八8勵3與Na 3P04能完全反應。此時制成的Ag 3P04/Ti02催化劑中的T1 2與Ag #04的摩爾比是10:3。上述催化劑的制備過程簡單易操作，可大規(guī)模生產(chǎn)。
[0020]T12作為一種半導體光催化材料，由于具有較強的氧化性、較高的化學穩(wěn)定性、低毒性和低成本獲得了廣泛的關(guān)注，但是T12的禁帶寬度為3.2eV，對應的吸收波長為387.5nm，光吸收僅局限于紫外光區(qū)，這部分光尚達不到照射到地面太陽光譜的5%，且T12量子效率不高，在很大程度上限制T12光催化材料的大規(guī)模工業(yè)化應用。Ag3POJt為一種新型可見光催化材料，在可見光照射下，表現(xiàn)出極強的光氧化能力和降解有機污染物的能力，在光吸收波長大于420nm時的量子效率達到90 %。Ag3P04/Ti02催化劑就是將Ag丨04這種能在可見光下響應的光催化劑負載在!^(^這種能在紫外光下響應的光催化劑上，使負載型光催化劑兼具可見與紫外光吸收，而且提高Ag3PO4光催化劑的穩(wěn)定性，能夠充分利用介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生的紫外和可見光。
[0021]本發(fā)明采用圓形平板式介質(zhì)阻擋放電反應裝置來提高介質(zhì)阻擋放電的光強及密度，同時提高光催化劑與光源的接觸距離，減少光損失，然后將自制的Ag3P04/Ti(^f化劑放入反應裝置的底部，打開蠕動泵使廢水以液膜方式流過，同時打開交流高壓電源電源進行介質(zhì)阻擋放電，產(chǎn)生等離子體，協(xié)同可見和紫外光激發(fā)的Ag3P04/Ti02催化劑對廢水進行降解。本發(fā)明利用Ag3P04/Ti02催化劑的可見和紫外光催化氧化以及介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生的低溫等離子體對廢水中的難生化降解的有機物進行氧化處理，實現(xiàn)難生化降解有機物的高效降解，增強介質(zhì)阻擋放電等離子體的降解效果。
[0022]本發(fā)明的有益效果:
[0023](l)Ag3P04/Ti(^f化劑與介質(zhì)阻擋放電等離子體的聯(lián)合技術(shù)能在較短時間內(nèi)有效去除水中的難生化降解的有機物，比單一的介質(zhì)阻擋放電有更高的降解效率；
[0024](2) Ag3P04/Ti02催化劑在紫外及可見光條件下均有很強的光催化性能，能充分利用介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生的大量的紫外和可見光大幅度提高介質(zhì)阻擋放電等離子體的降解效率;
[0025](3)反應器采用圓形平板式能提高介質(zhì)阻擋放電的光強及密度，同時提高光催化劑與光源的接觸距離，減少光損失；
[0026](4)將Ag3P04/Ti0_化劑置于圓形反應釜下部，能與流過反應釜的廢水液膜的下層液體充分反應，而沒有Ag3P04/Ti02催化劑時下層液體由于液膜厚度的限制，接觸到等離子體的機會不多，降解效率較低；
[0027](5) Ag3P04/Ti02催化劑采用共沉淀法制備，方法簡單易行，可大規(guī)模生產(chǎn)，同時將Ag3PO4負載在T1 2上可節(jié)省Ag丨04的成本，而光催化降解效率又不會下降；
[0028](6)該裝置可以利用進出水蠕動泵流速的不同將部分介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生的臭氧沿出水管路吸出并導入循環(huán)緩沖容器中進行進一步降解，再次提高降解效率。
[0029](6)該裝置簡單易操作，對難生化降解有機廢水具有普適性?？梢苑糯笥糜诠I(yè)生產(chǎn)廢水處理，可有效減少工業(yè)廢水中難生化降解有機物，為工業(yè)廢水并入城市污水管路提供可能。
【附圖說明】
[0030]圖1為Ag3P04/Ti02催化劑與低溫等離子體聯(lián)合處理難生化降解有機廢水裝置的結(jié)構(gòu)圖。
[0031]圖2為制備的Ag3P04/Ti02催化劑的掃描電鏡圖。
[0032]圖3為制備的Ag3P04/Ti(^f化劑的透射電鏡圖。
[0033]圖中，I—交流高壓電源、2—進水蠕動泵、3