[00767335]降解有机物的介质阻挡放电等离子-类芬顿-光催化方法

介质阻挡放电等离子技术是降解环境污染物的一种有效途径，已广泛应用于环境中有机物的降解。在介质阻挡放电等离子体系，在外电场作用下，电子从电场获得能量，高能电子与周围的气体及其水分子碰撞，使之激发和电离，产生电子雪崩，从而产生大量的•OH以及O3、•O、•N等活性物质，使有机污染物得到有效降解。由于•OH的氧化具有无选择性，在降解有机物的同时会有一部分•OH自身结合生成H<,2>O<,2>，为了充分利用这部分剩余的H<,2>O<,2>，在体系中加入Fe<,3>O<,4>作为催化剂形成介质阻挡放电等离子-类芬顿体系，提高•OH产量，另一方面，介质阻挡放电等离子电离空气会产生硝酸，pH值不断降低，为芬顿反应提供了合适的条件，无需额外加酸调pH，降低了成本；此外，Fe<,3>O<,4>因具有磁性可解决催化剂回收问题，减少铁泥产生。等离子放电的过程还会产生冲击波，且电子通过放电通道时，一些激发态原子和分子会自发的发射紫外辐射，为了充分利用这部分紫外辐射，降低能耗，在介质阻挡放电等离子体系中加入TiO<,2>光催化可达到该效果，然而传统的粉末TiO<,2>光催化技术存在催化剂难分离的问题，将TiO<,2>负载于Fe<,3>O<,4>上，制备成磁性光催化材料Fe<,3>O<,4>-TiO<,2>，则可很好的解决催化剂分离、回收的问题。若将Fe<,3>O<,4>-TiO<,2>投加到介质阻挡放电等离子体系中，形成集介质阻挡放电等离子、Fe<,3>O<,4>类芬顿、TiO<,2>光催化为一体的介质阻挡放电等离子-类芬顿-光催化方法，有效降解有机污染物，降低能耗。因此，制备具有磁性与光催化性能的Fe<,3>O<,4>-TiO<,2>材料，投加至介质阻挡放电体系中，形成介质阻挡放电等离子-类芬顿-光催化体系，以进一步提高有机污染物的降解能力，减少能耗，具有积极的意义。该发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能提高有机污染物降解效率、降低介质阻挡放电等离子的处理成本、提高催化剂回收率、减少铁泥产生的高效降解有机物的介质阻挡放电等离子-类芬顿-光催化方法。该发明是通过以下技术方案实现的：降解有机物的介质阻挡放电等离子-类芬顿-光催化方法，集介质阻挡放电等离子、Fe<,3>O<,4>类芬顿和TiO<,2>光催化于一体，组成介质阻挡放电等离子-类芬顿-光催化体系，对有机物进行高效降解，其具体操作步骤如下：(1)溶胶-凝胶法制备Fe<,3>O<,4>-TiO<,2>磁性光催化材料：用溶胶-凝胶法在Fe<,3>O<,4>表面包覆一层具有光催化性能的TiO<,2>；取钛盐与无水乙醇加入反应器中，恒温水浴搅拌，滴加冰乙酸至反应器中，再将乙醇水溶液逐滴加入反应器中，调节pH值在2～4后，继续水浴搅拌并加入Fe<,3>O<,4>，超声分散，陈化得到湿凝胶，干燥得到干凝胶，备用；(2)组成介质阻挡放电等离子-类芬顿-光催化体系及对有机物进行降解：按照50～250mg/L的投加量，在有机污染物溶液中投加步骤(1)得到的Fe<,3>O<,4>-TiO<,2>磁性光催化材料，则形成介质阻挡放电等离子-类芬顿-光催化体系，控制放电峰-峰值电压为11～14kV，初始pH值为3～11，初始电导率为50～1200μS/cm的条件下，对污染物进行有效降解。所述步骤(1)中，TiO<,2>的晶型为锐钛矿，TiO<,2>的掺杂量为10％wt.～20％wt.。所述步骤(1)中，钛盐为钛酸四丁酯，所需钛酸丁酯、乙醇、水和冰乙酸的体积比为2：10：1：1。所述步骤(1)中，恒温水浴搅拌的温度为25℃，用HNO<,3>调节pH值。所述步骤(1)中，超声时间为0.5～2h，超声功率为70W。所述步骤(1)中，陈化时间为12～24h，干燥温度为60～100℃，干燥时间为12～24h。该发明相对于现有技术的优点和积极效果如下：该发明采用溶胶-凝胶法制备Fe<,3>O<,4>-TiO<,2>磁性光催化材料，制备出Fe<,3>O<,4>-TiO<,2>中TiO<,2>的晶相为锐钛矿晶相，催化活性高，制备的操作简便，条件易控；以具有磁性的Fe<,3>O<,4>-TiO<,2>作为催化剂，解决了催化剂难分离、易造成二次污染等问题。该发明介质阻挡放电等离子、Fe<,3>O<,4>类芬顿和TiO<,2>光催化结合，三体系相结合，大大提高了对有机污染物的降解能力，降低了污染物降解能耗，形成组合技术理论，为有机物的降解提供新的途径。该发明充分利用介质阻挡放电过程中产生剩余H<,2>O<,2>、产生紫外辐射及体系pH降低的特点：为类芬顿反应提供了合适的条件，无需额外加H<,2>O<,2>，无需额外加酸调pH；为TiO<,2>光催化提供了紫外辐射，无需额外添加光源。降低了成本，具有一定的工业推广价值。