BiOCl-g-C3N4光催化剂光解印染废水研究

刘天一

(辽宁师范大学 辽宁 大连 116029)

一、研究的目的和意义

本文重点研究生活中的印染废水，这是在加工棉、麻、化学纤维及其混纺产品等产品时，印染厂排出来的废水。这类废水排水量很大，消耗耗100～200吨这么多水才印染加工1吨纺织品，这一两百吨水中百分之八九十都成为了废水。这类难处理的工业废水原因就在于印染废水有机污染物含量高、水量大、水质的变化大、碱性大等特点。废水中含有酸碱、无机盐类的难处理的物质。工业废水排放大户就是印染这个行业，根据人们的一系列统计，全国印染废水每天排放量有3×106～4×106m3。我们一直有生化法、物化法、化学法以及几种工艺结合的处理方法作为最常用处理废水的主要方法，本文会通过实验研究和科学分析来研究如何合理快速控制水体污染和处理污水。

二、废水对人类生活的危害

(一)污水对人体的危害

当污水中含有汞、镉等元素时，流入河流和湖泊中，那么水生植物就慢慢吸收聚集汞、镉等元素，水生植物又被鱼食用后，在鱼肚子里又进一步的吸收聚集，然后这类受污染的鱼又到达人体内，由于有机化学药品在水生生物体内慢慢积聚,人类食用后会必定会有中毒的反应，影响着人和动物的免疫功能、内分泌、生殖机能等来自体内各方面的损害。

(二)废水对环境的危害

化工排放的废液会杀死水中需要氧气的微生物，微生物扮演者净化水的功能，这也破坏了。小溪河流的净化能力不断被减弱。最终也就形成了我们经常看到的发黑、变臭河流和溪流，人畜都受到毒素积累的伤害。

三、光催化技术对处理废水的应用

用于环境净化，清洁材料，还有作为先进的新能源，还有用于医疗治疗等领域。废水的水量大，废水中污染物质含量高，色度大，ph值大，水质变化大且比较复杂，难于处理，光催化技术是一种典型的绿色、无污染的技术，既不会伤害人体，也不会破坏水质。无毒，无选择性，效率高，成本低，能够有效运地利用光能，可长期运用。利用光催化活性的聚合物/二氧化钛复合光催化材料，来处理印染废水取得很好的效果。

四、光催化材料BiOCl

近几年，新型材料半导体光催化剂处理废水中有机污染物越来越进入人们的视野。氯氧化铋(BiOCl)的出现给人们一种新的材料来处理废水，这种新型的材料逐渐成为人们的研究热点。BiOCl光催化剂有特定的性质，而这些性质体现如光吸收性质良好、层状结构及电磁性质，这些性质将会在处理废水的研究中表现出良好的光催化活性，相信它可以在废水处理上能有一个别样的成功。

五、光催化材料石墨相氮化碳(g-C3N4)

石墨相氮化碳(g-C3N4)是一种直接带隙半导体软质的物质元素，在正常的温度和正常的气压下最为稳定，密度小于其他同素异形体。现在，石墨相氮化碳是一种可以代替以往材料的最高效新型应用材料。

六、实验部分

(一)光催化剂的制备

1.BiOCl的制备

1原料：铋酸钠(NaBiO3·2H20)、碘化钾、无水乙醇：(分析纯)；盐酸(分析纯)；RhB：(分析纯)。

采用氧化还原法制备Bi0C1催化剂。

2称取3.160g的NaBi03·2H2O将他们分散于40mL无水乙醇中，然后会形成NaBiO3·2H2O-无水乙醇悬浮液；然后称取7.968g碘化钾溶于40mLl.2mol/L的盐酸溶液中，并将该溶液逐滴加入到刚才配置好的悬浮液中，得到浅黄色沉淀。在反应一个小时后静静地放置，接下来就是分离，最后沉淀浅黄色物质3次通过使用无水乙醇和去离子水洗涤，正常温度下进行干燥并碾磨成粉，最后取得产物BiOC1。

2.石墨相氮化碳(g-C3N4)的制备

1.原料；三聚氰胺、浓盐酸溶液、去离子水。

2.g-C3N4光催化剂的制备过程，首先，将5g的三聚氰胺的粉末分散的放入150ml的热水溶液中，然后利用磁力的搅拌作用下，把1滴浓盐酸溶液滴入三聚氰胺的水溶液当中，然后充分的搅拌溶液在5min后把搅拌好的溶液倒入准备好的坩埚中，然后把这两个坩埚分别的放入不同位置的管式炉，管式炉在Ar气体的保护下将管式炉的温度增加至550°C而且要保持这个温度两个小时，加热完毕后，使炉子自然降温到常温后，在石英管中收取样品，最后使样品用去离子水清洗三遍后，用60°C的干燥箱干燥，并在24h后得到最后完整样品。

3.BiOCl-g-C3N4复合材料的制备

再基于BiOCl的可见光型复合式催化剂，分别用凝胶法以及焙烧法制备出BiOCl还有g-C3N4两种光催化剂，再通过溶胶-凝胶法制备出一系列的复合型BiOCl-g-C3N4光催化剂，BiOCl催化剂在可见光下能够有效的分解气体中的有机物，而石墨相的氮化碳也已经证明在可见光下能有很好的降解和催化染料中的污染物。二种光催化剂的复合物无疑是更好的光催化剂，能够更加有效地彻底的降解和催化染料中的有机污染物。

(二)光催化剂对污染物的降解

经过大量的实验研究证明：光催化剂对很多难溶性的有机污染物质都有很好的降解作用，都能通过光催化氧化反应来对污染物有效的降解，脱色和矿物化，能够对污染物进行有效的处理。光催化降解技术是一种运用比较广泛的技术，可以对许多的污染物进行降解，操作简单耗能低是它的优势，清洁起来也很安全，是我们在未来可能非常常用的光催化技术，可能在未来会取代某些技术还不到位的除污方法。

七、结果与讨论

最后根据以上的实验，我们那可以得出结论，以BiOCl-g-C3N4为前驱物，可以采用简单的方法改变光催化剂活性，通过改变g-C3N4的含量制备出BiOCl-g-C3N4复合型催化剂，通过水溶液悬浮体系中的污染物质的降解脱色来研究其光催化活性，根据实验结果表明百分之八的g-C3N4催化活性最好，表现出最佳的体现。

1.BiOCl-g-C3N4复合催化剂降解印染废水的工业废水有着良好的效果。

2.BiOCl-g-C3N4这种复合材料的降解能力大大的强于这种BiOCl和g-C3N4单一的催化剂的降解能力。

3.新型材料的成本低，易生产这种复合催化剂，可以解决大批量生产难度等问题。