一種基于天然黃鐵礦能協(xié)同去除水體中重金屬-有機(jī)污染物的光催化法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明涉及含有重金屬-有機(jī)污染物的水處理方法，具體涉及一種基于天然黃鐵 礦能協(xié)同去除水體中重金屬-有機(jī)污染物的光催化法。
【背景技術(shù)】：
[0002] 目前，隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，經(jīng)濟(jì)水平的快速提高，人類從自然界索取和排放的物 質(zhì)也達(dá)到了空前的水平，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了環(huán)境本身的容量，從而造成了環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)的嚴(yán)重破 壞，出現(xiàn)了一系列的環(huán)境污染問題。面對目前嚴(yán)峻的環(huán)境污染形勢，一些如化學(xué)沉淀法、物 理吸附法、化學(xué)氧化法、微生物處理法等傳統(tǒng)的環(huán)境修復(fù)方法被應(yīng)用于目前受污染的環(huán)境 介質(zhì)里，盡管這些環(huán)境修復(fù)方法都對目前環(huán)境污染的治理起到了重大作用，但是這些傳統(tǒng) 的環(huán)境修復(fù)技術(shù)都不同程度地存在著效率低、不能徹底將環(huán)境污染物去除或無害化、容易 產(chǎn)生新的污染源；或使用操作范圍窄、僅適合特定的污染物；或能耗太高、材料成本貴，不 適合大規(guī)模推廣應(yīng)用等方面的局限性。因而，開發(fā)高效、低能耗、低成本、適用范圍廣的環(huán)境 修復(fù)治理技術(shù)已成為當(dāng)前科研環(huán)保部門急需解決的重要課題之一。
[0003] 然而，一種叫光催化的技術(shù)越來越受到環(huán)保工作者的廣泛關(guān)注，它是從20世紀(jì)70 年代逐步發(fā)展起來的一門新興環(huán)境修復(fù)治理技術(shù)，它利用半導(dǎo)體氧化物材料在光照下表面 能受激活化的特性，利用光能產(chǎn)生出強(qiáng)氧化性的自由基，可在短時(shí)間內(nèi)高效地氧化分解有 機(jī)物，或殺滅細(xì)菌、消除異味氣體，或產(chǎn)生電子還原高價(jià)的重金屬離子，降低重金屬離子的 毒性。由于光催化技術(shù)具有操作簡單、反應(yīng)徹底、能耗成本低、效率高而無毒害的優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn) 為是一種最具應(yīng)用前景的環(huán)境修復(fù)治理技術(shù)，已經(jīng)被廣泛用于各樣環(huán)境污染介質(zhì)的修復(fù)治 理領(lǐng)域。然而，光催化技術(shù)的除污效果直接與光催化劑材料相關(guān)，目前，TiO2半導(dǎo)體光催化 技術(shù)是被認(rèn)為是最穩(wěn)定、最為成熟的。除了 TiO2及其改性材料之外，其他的光催化劑如ZnO、 Al203、Sn02、C〇304等及各種復(fù)合材料光催化劑也被廣泛地應(yīng)用于環(huán)境污染修復(fù)治理領(lǐng)域，并 顯示出良好的環(huán)境修復(fù)效果。據(jù)報(bào)道，黃鐵礦（FeS2)也可以作為一種光催化半導(dǎo)體材料， 黃鐵礦能帶結(jié)構(gòu)決定了其具有良好光電性能，已有把黃鐵礦應(yīng)用于催化降解有機(jī)污染物的 相關(guān)報(bào)道。不但如此，黃鐵礦顆粒還具有良好的吸附性能，能將污染物吸附而去除，此外，黃 鐵礦還具有較強(qiáng)的還原性，能將高價(jià)的重金屬離子如Cr ( VI)還原為Cr (III )，降低重金屬 離子的毒性。因此，兼有氧化和還原特性的黃鐵礦在污染介質(zhì)中的環(huán)境修復(fù)治理方面具有 良好的應(yīng)用潛力。
[0004] 事實(shí)上，黃鐵礦是地球上最為常見的金屬硫化礦物，并且普遍存在于各種礦石及 尾礦里，而這種礦物的氧化釋放出大量的鐵離子和硫酸，是礦山酸性廢水形成的主因。而 且，黃鐵礦的經(jīng)濟(jì)利用價(jià)值低廉，通常被看作為礦山開采選礦之后的廢棄礦物。然而，近年 來，大量的國內(nèi)外研究者直接采用或改造廢棄物材料來治理環(huán)境污染物，并通過試驗(yàn)獲得 了良好的成效。這種通過廢物再利用的"以廢治廢"的環(huán)境污染治理理念越來越受到人們 的廣泛關(guān)注。作為礦山廢棄物的黃鐵礦，也應(yīng)該可以被應(yīng)用于在環(huán)境污染物的治理方面。
[0005] 然而，目前工業(yè)污染源主要有重金屬和有機(jī)物，重金屬主要有鉻、鉛和鎘等，而有 機(jī)物主要有苯酚、氯酚和染料等?，F(xiàn)實(shí)環(huán)境中的污染往往是多種重金屬和有機(jī)污染共同存 在的一種復(fù)合污染，重金屬-有機(jī)復(fù)合污染是對環(huán)境產(chǎn)生最大威脅的污染類型，在當(dāng)前嚴(yán) 峻的形勢下，重金屬-有機(jī)復(fù)合污染特征的環(huán)境治理已經(jīng)迫在眉睫。現(xiàn)有的大多數(shù)環(huán)境修 復(fù)技術(shù)都是針對單純的受重金屬或有機(jī)物污染水體的，因此，努力尋找一種能同時(shí)去除水 體中重金屬-有機(jī)污染物的高效環(huán)境修復(fù)方法已經(jīng)成為環(huán)境學(xué)科最重要的議題。基于黃鐵 礦半導(dǎo)體兼有光催化氧化和還原特性，以黃鐵礦為光催化劑，在紫外光照下協(xié)同去除水體 中重金屬-有機(jī)污染物，然而，到目前為止，類似的專利技術(shù)還未見報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種反應(yīng)條件簡單易行、反應(yīng)徹底、能耗成本低、效率高的利 用天然黃鐵礦能協(xié)同去除水體中重金屬-有機(jī)污染物的光催化方法。該方法能有效地協(xié)同 去除重金屬Cr (VI)和有機(jī)物孔雀石綠，減少Cr (VI)和孔雀石綠對環(huán)境的危害；而且催化 劑黃鐵礦具有較好的重復(fù)使用穩(wěn)定性能，為復(fù)雜的重金屬-有機(jī)復(fù)合污染環(huán)境修復(fù)提供了 一種"以廢治廢"治理思路。
[0007] 本發(fā)明的基于天然黃鐵礦能協(xié)同去除水體中重金屬-有機(jī)污染物的光催化法，其 特征在于，具體步驟如下：
[0008] (1)、先對催化劑黃鐵礦進(jìn)行破碎、研磨、過篩，使其顆粒半徑在20~40 μπι范圍 內(nèi)；
[0009] (2)、調(diào)節(jié)含有重金屬Cr(VI)和有機(jī)物孔雀石綠的水體pH值；
[0010] (3)、在紫外光條件下，向含有重金屬Cr (VI)和有機(jī)物孔雀石綠的水體中，投加步 驟（1)處理過的催化劑黃鐵礦，進(jìn)行反應(yīng)，氧化還原協(xié)同去除水體中的Cr(VI)和孔雀石 綠。
[0011] 優(yōu)選，步驟⑵的pH值為2~7。
[0012] 進(jìn)一步優(yōu)選，步驟（2)的pH值為3。
[0013] 所述的含有重金屬Cr ( VI)和有機(jī)物孔雀石綠的水體，優(yōu)選，Cr ( VI)的質(zhì)量濃度 為 2. 5 ~30mg/L。
[0014] 所述的含有重金屬Cr (VI)和有機(jī)物孔雀石綠的水體，優(yōu)選，孔雀石綠的質(zhì)量濃度 為 30mg/L。
[0015] 步驟⑶所述的紫外光條件，優(yōu)選，紫外光強(qiáng)度為10~20W。
[0016] 步驟（3)所述的投加處理過的催化劑黃鐵礦，優(yōu)選投加量為0. 5~I. 5g/L。
[0017] 步驟（3)所述的進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間優(yōu)選為100~120min。
[0018] 本發(fā)明的協(xié)同反應(yīng)原理為：高毒性的Cr(VI)通過還原作用轉(zhuǎn)化為毒性低的 Cr (III);而孔雀石綠則通過氧化作用破壞生色基團(tuán)生成小分子有機(jī)物，并最終轉(zhuǎn)化為水和 二氧化碳。經(jīng)協(xié)同處理后的水體污染物濃度得到了有效的降低，并減輕了后續(xù)處理的壓力。
[0019] 通過本發(fā)明的方法對含有重金屬Cr ( VI )和有機(jī)物孔雀石綠的水體進(jìn)行處理后， 對催化劑黃鐵礦進(jìn)行離心回收，催化劑黃鐵礦重復(fù)使用次數(shù)可達(dá)到五次。
[0020] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果：
[0021] 1、反應(yīng)條件操作簡單：本發(fā)明是向含有Cr ( VI )和孔雀石綠的水體中投加催化劑 黃鐵礦，常溫常壓下即能有效同時(shí)去除；
[0022] 2、處理成本低：相比于其他光催化劑如TiO2，本發(fā)明所用的黃鐵礦為礦山廢棄物， 便宜易得，而且處理過程簡便，以廢治廢的環(huán)境治理理念，具有良好的應(yīng)用前景；
[0023] 3、反應(yīng)徹底：在120min內(nèi)，孔雀石綠實(shí)現(xiàn)了 97%以上的降解，并有效地礦化為二 氧化碳和水；而Cr ( VI)則有52%以上轉(zhuǎn)化為Cr (III )，毒性得到了有效的降低；
[0024] 4、適用目標(biāo)物范圍廣：本發(fā)明不僅適用于含有Cr ( VI)或孔雀石綠的污染水體的 去除，還適合于同時(shí)含有Cr ( VI)和孔雀石綠的污染水體的去除。
【附圖說明】：
[0025] 圖1為不同pH對Cr ( VI)和孔雀石綠去除效果的影響；
[0026] 圖2為不同催化劑量對Cr ( VI)和孔雀石綠去除效果的影響；
[0027] 圖3為不同污染物濃度比對Cr ( VI)和孔雀石綠去除效果的影響；
[0028] 圖4為黃鐵礦光催化協(xié)同去除Cr ( VI)和孔雀石綠的重復(fù)使用效果；
【具體實(shí)施方式】：
[0029] 以下實(shí)施例是對本發(fā)明