一种利用二维层状黑磷处理污染水体的方法技术

本发明专利技术涉及甲基橙的光催化降解技术，具体的说是一种利用二维层状黑磷处理污染水体的方法。将二维黑磷溶液加入至待处理含甲基橙的污染水体中，通过紫外光或可见光照射进而降解污水中甲基橙。采用本发明专利技术的方法能在对环境几乎无二次污染的情况下降解甲基橙污染废水，对水体能达到一定的净化效果。

A Method of Using Two-dimensional Layered Black Phosphorus to Treat Polluted Water

【技术实现步骤摘要】
一种利用二维层状黑磷处理污染水体的方法
本专利技术涉及甲基橙的光催化降解技术，具体的说是一种利用二维层状黑磷处理污染水体的方法。
技术介绍
工业污水问题长期处于人们的关注重点之中。其中，印染废水由于产量巨大、毒性强、较难生化性、较高的色度及高有机物含量问题，使其降解难度一直居高不下。其中，偶氮染料是在印染工艺中应用最广泛的一类染料，甲基橙作为偶氮染料的代表物质，应用广泛，产量巨大，且甲基橙在自然界中，稳定性高，难以自然降解，所以寻求一种合适的降解方式是长时间以来的研究重点。甲基橙染料废水目前常见的降解方式有吸附法、絮凝沉淀法、电化学降解法、生物降解法等。但目前的降解方案中，依然存在一些不够完美的方面，如吸附法中，吸附剂在环境中会产生二次污染，且吸附剂的收集和再生均较为困难；絮凝沉淀法中，絮凝剂在系统中引入外来组分，产生二次污染，且絮凝后产物进入底泥中，在较长时间内反而会逐步再次扩散进入水体并污染水质；电化学降解法能耗高、成本高，在经济方面有着相比于其他方法的绝对性缺陷等。因此，选择一种合适的降解甲基橙的方法已经成为含甲基橙印染废水的一个重要研究方向。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能在自然条件下或提供少量能量就可以对甲基橙进行降解，且环境友好，利用二维层状黑磷处理污染水体的方法。为实现上述目的，本专利技术采用技术方案为：一种利用二维黑磷降解甲基橙污染水体的处理方法，将二维黑磷溶液加入至待处理含甲基橙的污染水体中，通过紫外光或可见光照射进而降解污水中甲基橙。所述光源为350W氙灯，所述紫外波长范围为285～420nm；可见光波长大于420nm，两种光照的光解时间大于120min，时间越长降解越充分。所述二维黑磷溶液与待处理含甲基橙的污染水体在厌氧、避光条件下按体积比为1:30-1:50的比例混合。优选的混合比例为1：35-1:40。所述二维黑磷溶液与待处理含甲基橙的污染水在厌氧、避光条件下混合，使得二维黑磷溶液与待处理污水中甲基橙得以吸附平衡，直至甲基橙浓度不再发生变化，约2-3h。所述二维黑磷溶液为将块体黑磷与水按质量体积比为1:3000-1:4500比例混合，经细胞破碎仪超声处理1-2天。而后以1700-1850r的离心速度离心15-20min，收集滤液再以3500-3680r离心15-20min，取沉淀与水混合，经水浴超声分散处理3-5min得二维黑磷溶液。所述水为自来水、去离子水、超纯水等；由于超纯水中杂质及含氧物质较少，可以防止黑磷被水中含氧物质氧化，一般可采用超纯水。所述沉淀与超纯水混合，经超声处理分散得浓度为150-300ppm的二维黑磷溶液。原理：本专利技术利用二维层状黑磷作为光催化剂，其在水中可以良好的分散，比表面积大，对较宽波段范围的紫外、可见光有吸收能力，降解及代谢最终产物为磷酸及磷酸盐类物质，无毒副作用，对甲基橙污染水体可以做到环境友好的降解。本专利技术具有如下优点：本专利技术利用二维层状黑磷作为光催化剂，其在水中可以良好的分散，比表面积大，能够对较宽波段范围的紫外、可见光有吸收能力，降解及代谢最终产物为磷酸及磷酸盐类物质，无毒副作用，对甲基橙污染水体可以做到环境友好的降解。对于含有甲基橙的废水，经该方法降解后，可以达到明显的褪色效果，通过液相色谱分析，明显发现甲基橙对应峰面积的减小，说明可以对环境中甲基橙废水有着明显的光催化降解效果。附图说明图1为本专利技术实施例在紫外光存在下光解后甲基橙含量柱状图。图2为本专利技术实施例在可见光存在下光解后甲基橙含量柱状图。图3为本专利技术实施例在可见光存在下光解240min后甲基橙含量柱状图。具体实施方式以下结合实例对本专利技术的具体实施方式做进一步说明，应当指出的是，此处所描述的具体实施方式只是为了说明和解释本专利技术，并不局限于本专利技术。污染水体经本专利技术方法后，可有效的降低水体中甲基橙的浓度，对水体的色度及化学需氧量均有一定的降低，且材料友好，耗能低，是一种环境友好、节能环保的处理甲基橙污染废水的方法。本专利技术利用二维层状黑磷催化剂将水体中甲基橙降解的方法。二维黑磷催化剂为直接利用细胞超声破碎仪超声制备而成。具体实验方法为：将块状黑磷利用研钵磨成粉末后，加入超纯水溶解，在利用细胞超声破碎仪将黑磷超声成为片层状后，取离心后分散液，将黑磷与甲基橙混合在绝氧黑暗的条件下进行吸附，使溶液达到吸附平衡；而后将混合溶液置于紫外光照和可见光照条件下，进行光照降解。采用本专利技术的方法能在对环境几乎无二次污染的情况下降解甲基橙污染废水，对水体能达到一定的净化效果。实施例1：(1)将黑磷50mg加入200mL超纯水中，利用细胞超声破碎仪探头超声24h，而后以1800r离心15min，离心后将滤液再进行3600r离心15min，收集沉淀经超声处理分散至水中得200ppm的二维黑磷溶液。所述黑磷购自南京先丰科技有限公司，所述细胞破碎仪购自宁波新芝科技有限公司。(2)将上述获得二维黑磷溶液1mL加入39mL含有10ppm的甲基橙水溶液中，在厌氧箱中避光平衡吸附，2h后溶液中甲基橙浓度不再发生变化，而后将混合液放入光解管中，用350W氙灯照射，并利用365nm紫外滤光片滤光，过滤掉290nm波长以下的紫外光，并进行光解2h，进而使得废水中甲基橙得以降解(参见图1)；上述光解2h后利用高效液相色谱(HPLC)测量甲基橙及代谢产物，HPLC条件为：Φ3.6mm*250mm反向C18色谱柱；流动相为50％甲醇和50％超纯水，流速0.6mL/min，甲基橙及代谢产物的特征波长分别为464和250nm。由图1可知，随着时间的增加，甲基橙在水中的浓度逐渐降低，且降解产物在水中的浓度逐渐升高。利用本方法可以使甲基橙在120min内的降解率超过60％。实施例2与实施例1区别在于滤光片改为420nm可见滤光片，过滤掉波长小于420nm的紫外光。1)将黑磷50mg加入200mL超纯水中，利用细胞超声破碎仪探头超声24h，而后以1800r离心20min，去除沉淀，再以3600r离心20min，收集沉淀部分再次分散为150ppm的二维黑磷溶液。所述黑磷购自南京先丰科技有限公司，所述细胞破碎仪购自宁波新芝科技有限公司。(2)将上述获得二维黑磷溶液1mL加入39mL含有10ppm的甲基橙水溶液中，在厌氧箱中避光平衡吸附，2h后溶液中甲基橙浓度不再发生变化，而后将混合液放入光解管中，用350W氙灯照射，并利用420nm可见光滤光片滤光，过滤掉420nm波长以下的紫外光，并进行光解2h，进而使得废水中甲基橙得以降解(参见图2)，光解2h后利用高效液相色谱(HPLC)测量甲基橙及代谢产物，HPLC条件为：Φ3.6mm*250mm反向C18色谱柱；流动相为50％甲醇和50％超纯水，流速0.6mL/min，甲基橙及代谢产物的特征波长分别为464和250nm。由图2可知，随着时间的增加，甲基橙在水中的浓度逐渐降低，且降解产物在水中的浓度逐渐升高。利用本方法可以在120min内对甲基橙有超过30％的降解率。实施例3与实施例2区别在于适当增加光解时间，将光解时间增加为240min。(1)将黑磷50mg加入200mL超纯水中，利用细胞超声破碎仪探头超声24h，而后以1800r离心20min，去除沉淀，再以3600r离心20min，收集沉淀本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用二维黑磷降解甲基橙污染水体的处理方法，其特征在于：将二维黑磷溶液加入至待处理含甲基橙的污染水体中，通过紫外光或可见光照射进而降解污水中甲基橙。

【技术特征摘要】
1.一种利用二维黑磷降解甲基橙污染水体的处理方法，其特征在于：将二维黑磷溶液加入至待处理含甲基橙的污染水体中，通过紫外光或可见光照射进而降解污水中甲基橙。2.按权利要求1所述的利用二维层状黑磷处理污染水体的方法，其特征在于：所述紫外波长范围为285～420nm；可见光波长大于420nm。3.按权利要求1所述的利用二维层状黑磷处理污染水体的方法，其特征在于：所述二维黑磷溶液与待处理含甲基橙的污染水体在厌氧、避光条件下按体积比为1:30-1:50的比例混合，混合暴露时间为2-3h。4.按权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：张思玉，韩雅琦，李登宇，赵青，张雪娇，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳应用生态研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21