阅读说明：本技术 挠曲电催化降解含染料废水的方法 () 是由 汪尧进 文鑫荣 汪洋 杨斌 吴瀚舟 王书豪 陈轩 杨娜娜 于 2019-08-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种挠曲电催化降解含染料废水的方法,属于污水处理技术领域。所述方法采用纳米SrTiO<Sub>3</Sub>作为挠曲电催化剂在黑暗且超声振动环境下降解含染料废水。本发明采用SrTiO<Sub>3</Sub>作为挠曲电催化剂,无需利用光源,可将罗丹明B、甲基橙、亚甲基蓝等有机染料高速降解,降解率可达90％～98％。()

挠曲电催化降解含染料废水的方法

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，涉及一种挠曲电催化降解含染料废水的方法。

背景技术

纺织工业迅速发展，带来的印染废水成为水环境的重点污染源。成分复杂的染料废水具有高色度、脱色困难等特点，导致水体的透光率降低，破坏生态系统。目前，染料废水的处理方法主要包括物理法、化学法等。物理法对染料分子的吸附效果不够彻底，而一般的化学方法处理成本较高，严重影响了工业化应用。催化方法为废水中的染料处理提供了良好的解决途径。中国专利申请201010197845.6公开了一种光催化氧化降解含染料废水的方法，采用Pt纳米线作为光催化剂，在太阳光照射下降解含有染料废水。该方法对不同的染料分子都有一定的降解效果，但是降解所需时间较长，且催化剂的制备成本高。

钛酸锶(SrTiO₃)因其优异的热稳定性和耐光蚀性，被认为是有前景的光催化剂之一。SrTiO₃禁带宽度为3.2eV，但是只响应紫外线，作为光催化剂降解有机染料时对太阳光的利用效率很低。

发明内容

针对SrTiO₃光催化降解有机染料只能响应紫外线，效率低、时间长问题，本发明提供一种挠曲电催化降解含染料废水的方法。该方法采用SrTiO₃纳米颗粒作为挠曲电催化剂降解含染料废水，实现高速降解。

本发明的技术方案如下：

挠曲电催化降解含染料废水的方法，具体步骤如下：

在有机染料的废水溶液中，加入纳米钛酸锶，并滴加双氧水(H₂O₂)溶液，搅拌使纳米SrTiO₃在废水中悬浮并均匀分散，在黑暗且超声振动环境下进行催化降解。

本发明中，所述的纳米SrTiO₃为SrTiO₃纳米颗粒或SrTiO₃纳米片层。

本发明中，所述的有机染料的废水溶液的浓度为10ppm～200ppm。

本发明中，所述的SrTiO₃的用量优选为0.1mg/mL～10mg/mL。

本发明中，所述的H₂O₂的用量为每毫升溶液滴加0.01mL～0.03mL，H₂O₂溶液的浓度为30％。

本发明中，所述的搅拌时间为0.5h～1h。

本发明中，所述的超声振动的频率为40KHz，功率为50W～240W。

本发明中，所述的有机染料选自罗丹明B、甲基橙或亚甲基蓝。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

SrTiO₃作为典型的电介质材料，其晶体结构具有对称中心，使得SrTiO₃不具备压电效应以及热释电效应。本发明利用黑暗条件在超声振动环境下为纳米SrTiO₃提供非均匀的应变，利用SrTiO₃挠曲电效应降解有机染料。SrTiO₃热稳定性好，结构稳定，可以循环使用，在黑暗超声振动环境下，降解率达90％～98％。

附图说明

图1为纳米SrTiO₃的(a)XRD图和(b)SEM图。

图2为实施例1中，黑暗超声振动条件下，在SrTiO₃的催化作用下，(a)溶液中的罗丹明B浓度随时间的变化曲线；(b)溶液中的罗丹明B降解率随时间的变化曲线。

图3为实施例2中，黑暗超声振动条件下，在SrTiO₃的催化作用下，(a)溶液中的甲基橙浓度随时间的变化曲线；(b)溶液中的甲基橙降解率随时间的变化曲线。

图4为实施例3中，黑暗超声振动条件下，在SrTiO₃的催化作用下，(a)溶液中的亚甲基蓝浓度随时间的变化曲线；(b)溶液中的亚甲基蓝降解率随时间的变化曲线。

图5为黑暗超声振动条件下，(a)对比例1中不添加H₂O₂时溶液中的罗丹明B浓度随时间的变化曲线；(b)对比例2中不添加SrTiO₃时溶液中的罗丹明B降解率随时间的变化曲线；(c)单独不添加H₂O₂时和单独不添加SrTiO₃时溶液中的罗丹明B降解率随时间的变化曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明。

下述实施例中，使用的纳米SrTiO₃通过以下步骤制备：在室温下将3mmol钛酸四丁酯分散在乙二醇中剧烈搅拌1h，然后逐滴加入到4mol/L氢氧化钠溶液中。之后，将9mmol乙酸锶溶液加入混合溶液中搅拌1h。最后，将混合物移至特氟隆衬里的不锈钢高压釜中，并在180℃下处理24h。自然冷却，用乙醇和蒸馏水洗涤产物数次，除去可溶性离子，在真空干燥箱中烘干，得到纳米SrTiO₃。

对上述方法制得的纳米SrTiO₃进行表征，如图1所示，其XRD图表明已成功制备纯相的SrTiO₃粉末，扫描电镜图表明所制备的SrTiO₃纳米颗粒形状为球状颗粒，尺寸为100nm～300nm。

实施例1

罗丹明B溶液的挠曲电催化降解：在10ppm的50mL罗丹明B水溶液中，加入50mgSrTiO₃纳米颗粒，并滴加1mL的双氧水(H₂O₂)溶液，搅拌0.5h后，在200W黑暗超声振动下进行催化降解。每隔0.5h取一次样品，样品离心处理3次后测定吸收光谱，得到催化降解曲线，结果如图2所示。

图2(a)为溶液中的罗丹明B浓度随时间的变化曲线；图2(b)为黑暗超声振动条件下水溶液中罗丹明B降解率随催化时间变化的曲线。结果表明，以SrTiO₃纳米颗粒作为挠曲电催化剂，溶液中的罗丹明B经挠曲电催化降解4h内已降解完全，降解率达到94％以上。

实施例2

甲基橙溶液的挠曲电催化降解：在10ppm的50mL甲基橙水溶液中，加入50mgSrTiO₃纳米颗粒，并滴加1mL的双氧水(H₂O₂)溶液，搅拌0.5h后，在200W黑暗超声振动下进行催化降解。每隔0.5h取一次样品，样品离心处理3次后测定吸收光谱，得到催化降解曲线，结果如图3所示。

图3(a)为溶液中的甲基橙浓度随时间的变化曲线图；图3(b)为黑暗超声振动条件下水溶液中甲基橙降解率随催化时间变化的曲线。结果表明，以SrTiO₃纳米颗粒作为挠曲电催化剂，溶液中的甲基橙经挠曲电催化降解7h内已降解完全，降解率达到90％以上。

实施例3

亚甲基蓝溶液的挠曲电催化降解：在10ppm的50mL亚甲基蓝水溶液中，加入50mgSrTiO₃纳米颗粒，并滴加1mL的双氧水(H₂O₂)溶液，搅拌0.5h后，在200W黑暗超声振动下进行催化降解。每隔0.5h取一次样品，样品离心处理3次后测定吸收光谱，得到催化降解曲线，结果如图4所示。

图4(a)为溶液中的亚甲基蓝浓度随时间的变化曲线图；图4(b)为黑暗超声振动条件下水溶液中亚甲基蓝降解率随催化时间变化的曲线。结果表明，以SrTiO₃纳米颗粒作为挠曲电催化剂，溶液中的亚甲基蓝经挠曲电催化降解4.5h内已降解完全，降解率达到98％以上。

对比例1

在10ppm的50mL罗丹明B水溶液中，加入50mgSrTiO₃纳米颗粒，搅拌0.5h后，在200W黑暗超声振动下进行催化降解。每隔0.5h取一次样品，样品离心处理3次后测定吸收光谱，得到催化降解曲线，结果如图5(a)所示。

图5(a)为不添加H₂O₂时溶液中的罗丹明B浓度随时间的变化曲线。结果表明，以SrTiO₃纳米颗粒作为挠曲电催化剂，溶液中的罗丹明B经挠曲电催化降解4h内降解50.2％，证明了纳米SrTiO₃的挠曲电效应可以催化降解有机染料。

对比例2

在10ppm的50mL罗丹明B水溶液中，滴加1mL的双氧水(H₂O₂)溶液，搅拌0.5h后，在200W黑暗超声振动下进行催化降解。每隔0.5h取一次样品，样品离心处理3次后测定吸收光谱，得到催化降解曲线，结果如图5(b)所示。

图5(b)为不添加SrTiO₃时溶液中的罗丹明B浓度随时间的变化曲线。结果表明，4h后溶液中的罗丹明B降解了12％，降解量很少。可以证明，H₂O₂的添加增强了SrTiO₃的挠曲电效应。