降解水体有机污染物同时回收重金属离子的系统及方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114804303A(43)申请公布日2022.07.29(21)申请号202210442785.2(22)申请日2022.04.25(71)申请人上海大学地址200444上海市宝山区上大路99号(72)发明人唐量党琪王丽婷王佳俊陈文倩吴明红(74)专利代理机构杭州周林知识产权代理事务所(普通合伙)33439专利代理师叶舒鸿(51)Int.Cl.C02F1/461(2006.01)C02F1/72(2006.01)C02F1/30(2006.01)C02F101/30(2006.01)C02F101/20(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图3页(54)发明名称降解水体有机污染物同时回收重金属离子的系统及方法(57)摘要本发明涉及水处理技术领域，具体涉及降解水体有机污染物同时回收重金属离子的系统及方法，包括光阳极和阴极，光阳极包括在水中受光激发产生光生电子和空穴的N型半导体组成，阴极由具有重金属选择性嵌入功能的材料组成，光阳极和阴极放置在反应池内，反应池内含有有机污染物与重金属离子的污染水体及电解液，光阳极和阴极连接有外电路；通过模拟光源照射光阳极发生光电转化反应产生光生电子和空穴，光生电子通过外电路进入阴极，阴极可从电解液中捕获重金属离子来保持自身电中性平衡，留在阳极的光生空穴具有强氧化性，能将大多数有机污染物降解和矿化为有机小分子、二氧化碳和水，同步实现水中污染物的去除和化学能的有效利用。CN114804303ACN114804303A权利要求书1/2页1.降解水体有机污染物同时回收重金属离子的系统，其特征在于：包括光阳极和阴极，所述光阳极包括在水中受光激发产生光生电子和空穴的N型半导体组成，所述阴极由具有重金属选择性嵌入功能的材料组成，所述光阳极和阴极放置在反应池内，所述反应池内含有有机污染物与重金属离子的污染水体及电解液，所述光阳极和阴极连接有外电路；通过模拟光源照射所述光阳极发生光电转化反应产生光生电子和空穴，所述光生电子通过所述外电路进入所述阴极，所述阴极可从电解液中捕获重金属离子来保持自身电中性平衡，留在阳极的光生空穴具有强氧化性，能将大多数有机污染物降解和矿化为有机小分子、二氧化碳和水，同步实现水中污染物的去除和化学能的有效利用。2.一种如上述权利要求1所述的降解水体有机污染物同时回收重金属离子的方法，其特征在于包括以下步骤：(1)阴极的选取与制备A1：阴极材料的选取：选取具有重金属选择性嵌入功能的材料作为阴极材料，并且对于重金属离子的嵌入电位应高于嵌入Li、Na、K离子；A2：阴极的制备：阴极的制备采用旋涂或基底生长的方法。(2)光阳极的选取与制备A1：光阳极的选取选取BiVO4、WO3、TiO2的N型半导体及形成的异质结，组成TiO2‑BiVO4异质结、Cu3P/TiO2异质结、Se/SnSe2/TiO2三元异质结、Ni2P/TiO2纳米片异质结；A2：光阳极的制备光阳极材料的制备采用电化学沉积法或水热法；(3)所述反应池污染水体及电解液的选取；选取有机污染物浓度和重金属离子浓度≥0.01ppm作为污染水体，所述电解液选取0.1‑0.5molL‑1的硫酸钠或硝酸钠水溶液；所述有机污染物种类为：染料、抗生素、药物或个人护理品；所述重金属离子为：Cu、Pb离子；(4)光照降解有机污染物及富集重金属离子；分别将所述光阳极和所述阴极放入含有机污染物与重金属的电解液中，通过所述外电路将两个所述光阳极和所述阴极连接起来，当光源照射所述光阳极会激发产光生电子‑空穴对，所述光生电子通过外电路流入阴极并产生光生电流，为了保持自身的电中性，阴极会优先从电解液中捕获重金属离子从而实现重金属离子的富集；所述光阳极上的空穴具有强氧化能力，能够将水体中的有机污染物催化氧化降解。3.根据权利要求2所述的降解水体有机污染物同时回收重金属离子的方法，其特征在于：在所述步骤(1)中，所述重金属离子的嵌入电位应高于嵌入Li、Na、K离子0.1V以上。4.根据权利要求2所述的降解水体有机污染物同时回收重金属离子的方法，其特征在于：在所述步骤(1)中，所述阴极的制备采用旋涂的方法的过程如下：先将具有重金属选择性嵌入功能的材料作为阴极活性物质，所述阴极活性物质与导电剂和粘结剂按照一定的比例均匀研磨10‑60min，并在研磨过程中加入适量溶剂以调成粘度合适的浆料；然后将研磨好的浆料均匀涂抹在集流体上，涂抹的浆料厚度为100nm‑1cm，所含材料为1mg/cm2‑100mg/cm2，在60‑120℃真空烘箱中干燥0.5‑24h，得到所述阴极。5.根据权利要求4所述的降解水体有机污染物同时回收重金属离子的方法，其特征在于：所述阴极活性物质、导电剂和粘结剂的质量比为7:2:1或8:1:1