本發(fā)明屬于廢水處理，具體涉及一種光催化耦合臭氧氧化催化劑及其制備方法，特別地，本發(fā)明還涉及該光催化耦合臭氧氧化催化劑的再生方法。

背景技術(shù)：

1、在傳統(tǒng)的涂料分類(lèi)中，涂料主要分為溶劑型涂料和水性涂料。溶劑型涂料以有機(jī)溶劑作為分散介質(zhì)，通常被稱(chēng)為油漆；而以水作為分散介質(zhì)的油漆則被稱(chēng)為水性漆。水性漆以水作為稀釋劑，不含苯、甲苯、二甲苯、甲醛等有害物質(zhì)，具有無(wú)毒、無(wú)刺激性氣味的特點(diǎn)，對(duì)人體無(wú)害且不污染環(huán)境。然而，水性漆在享有環(huán)保優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，也帶來(lái)了一定的環(huán)境問(wèn)題。水性漆的生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定量的廢水，這些廢水屬于高濃度有機(jī)廢水，具有較高的色澤濁度和化學(xué)需氧量(cod)，可達(dá)105mg/l以上。由于水性漆與水完全互溶的特性，在處理含水性漆的廢水時(shí)，常常面臨cod持續(xù)偏高、破乳不完全及濁度難以降低等問(wèn)題，這些問(wèn)題會(huì)影響后續(xù)的生化處理效果，導(dǎo)致廢水排放不達(dá)標(biāo)。

2、目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)涂料廢水的主要處理方法包括混凝沉淀、電絮凝法和芬頓氧化法等?；炷恋矸ǘ嘤糜诳缮暂^差廢水的預(yù)處理，混凝沉淀法需要添加大量助凝劑(如石灰、聚丙烯酰胺)和絮凝劑，添加種類(lèi)多，水質(zhì)波動(dòng)大，操作不方便，通常作為其他深度處理工藝的預(yù)處理方法，與其他方法復(fù)合使用；電絮凝法是利用活潑金屬(如鋁和鐵)作為陽(yáng)極材料，在通電作用下溶解生成活潑金屬氫氧化物，利用氫氧化物絮凝水中的膠體物質(zhì)，從而使水體獲得凈化的一種方法，此方法對(duì)cod降解率很高，但是該方法對(duì)設(shè)備要求較高，要求極板間距精度較高；芬頓氧化技術(shù)能有效解決由于水性漆廢水處理技術(shù)需要較高的選擇性和抗毒性，可選擇性低的情況，然而由于含金屬離子的固相催化劑的特殊性質(zhì)，目前大多數(shù)多相芬頓催化劑都是基于單一活性的氧化還原點(diǎn)位來(lái)實(shí)現(xiàn)催化反應(yīng)，因此，在中性條件下這些催化劑存在的活性低、處理效率差以及過(guò)氧化氫利用率低等問(wèn)題亟待解決。實(shí)際應(yīng)用中多采用上述處理方法的復(fù)合工藝，以提高處理效率。

3、光催化氧化技術(shù)是利用在特定波長(zhǎng)光源的照射下，光催化劑發(fā)揮催化作用，激發(fā)周?chē)乃肿雍脱鯕?，生成具有高度活性的·oh自由基和·o2-自由基來(lái)降解有機(jī)物，最終生成h2o、co2及無(wú)機(jī)鹽等，從而實(shí)現(xiàn)污染物的無(wú)害化處理，消除其對(duì)環(huán)境的污染及對(duì)人類(lèi)健康的危害。盡管光催化技術(shù)在降解有機(jī)污染物方面展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)，但在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨著光催化量子效率較低(約4％)，難以處理大規(guī)模且污染物濃度高的廢水，以及光催化劑的負(fù)載與分離回收等問(wèn)題。

4、臭氧催化氧化技術(shù)通過(guò)臭氧氧化與催化劑的協(xié)同作用，能夠高效降解難以降解的有機(jī)污染物。同時(shí)，該技術(shù)對(duì)多種有機(jī)污染物均具備一定的適用性，包括溶解性有機(jī)物、揮發(fā)性有機(jī)物及毒性有機(jī)物等。此外，臭氧催化氧化技術(shù)可以單獨(dú)使用，也可以與其他水處理技術(shù)相結(jié)合，以滿(mǎn)足不同水質(zhì)和處理需求。然而，該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中也面臨一些挑戰(zhàn)，例如催化劑的選擇、穩(wěn)定性、操作成本及能耗等。

5、光催化與臭氧催化氧化具有一定的共同性，均是使用催化劑進(jìn)行催化從而產(chǎn)生自由基進(jìn)行有機(jī)物的氧化。但目前還沒(méi)有能夠同時(shí)對(duì)光催化和臭氧催化氧化起到有效催化作用的催化劑，因此，有必要在對(duì)此進(jìn)行深入研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明是基于發(fā)明人對(duì)以下事實(shí)和問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識(shí)做出的：光催化耦合臭氧氧化技術(shù)作為一種新型的高階氧化技術(shù)，在處理難降解有機(jī)物和有毒有機(jī)物時(shí)具有降解率高、降解速率快等優(yōu)點(diǎn)。但催化劑的選擇一直是該技術(shù)的難點(diǎn)之一，目前的單一光催化劑或臭氧氧化催化劑還無(wú)法同時(shí)具有光催化和臭氧催化的降解效果，因此，亟需開(kāi)發(fā)一種兼具光催化和臭氧催化的催化劑，以實(shí)現(xiàn)對(duì)高濃度廢水的有效處理。

2、本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問(wèn)題之一。為此，本發(fā)明的實(shí)施例提出一種光催化耦合臭氧氧化催化劑及其制備方法，該催化劑具備良好的光催化特性與臭氧氧化特性，能同時(shí)實(shí)現(xiàn)光催化和臭氧催化，為高濃度廢水處理提供了一種有效的催化劑，并且該催化劑的再生方法簡(jiǎn)單，降低了高濃度廢水的處理成本，具有廣闊的應(yīng)用前景。

3、本發(fā)明實(shí)施例的光催化耦合臭氧氧化催化劑，以活性炭為載體，載體材料上摻雜g-c3n4。

4、本發(fā)明實(shí)施例的光催化耦合臭氧氧化催化劑帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)效果，1、本發(fā)明實(shí)施例的催化劑中，采用活性炭為載體，利用活性炭的高比表面積和優(yōu)異的吸附性能，能夠?qū)⒎磻?yīng)物富集在催化劑表面，摻雜的氮化碳提供催化活性位點(diǎn)，增加了催化劑表面的堿性位點(diǎn)或氮雜原子，增強(qiáng)了對(duì)有機(jī)物的吸附和活化，提高了催化劑的催化活性，促進(jìn)了催化反應(yīng)的進(jìn)行；2、本發(fā)明實(shí)施例的催化劑中，將氮化碳摻雜在活性炭上，氮化碳與活性炭之間可能形成異質(zhì)結(jié)，促進(jìn)電荷分離，有效提高了光催化效率；3、本發(fā)明實(shí)施例的催化劑，不僅具有良好的光催化特性同時(shí)具有優(yōu)異的臭氧氧化特性，能夠用作光催化耦合臭氧氧化的催化劑，實(shí)現(xiàn)對(duì)高濃度廢水的高效處理，達(dá)到后續(xù)進(jìn)一步生化處理的進(jìn)水水質(zhì)要求，并且該催化劑采用簡(jiǎn)單的方法即可再生，提高了催化劑的使用壽命，降低了廢水處理的成本。

5、在一些實(shí)施例中，所述催化劑中，所述g-c3n4的質(zhì)量百分含量為5-15％，優(yōu)選為10-15％；和/或，所述活性炭為柱狀活性炭。

6、本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種光催化耦合臭氧氧化催化劑的制備方法，包括：將g-c3n4粉末與活性炭混合，氮?dú)鈿夥障卤簾幚?，制得催化劑?/p>

7、本發(fā)明實(shí)施例的光催化耦合臭氧氧化催化劑的制備方法帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)效果，通過(guò)將g-c3n4粉末與活性炭混合焙燒，使g-c3n4摻雜在活性炭上，制得的催化劑在具有良好的光催化特性的同時(shí)具有優(yōu)異的臭氧氧化特性，能夠用作光催化耦合臭氧氧化的催化劑，實(shí)現(xiàn)對(duì)高濃度廢水的高效處理，達(dá)到后續(xù)進(jìn)一步生化處理的進(jìn)水水質(zhì)要求，并且制得的催化劑采用簡(jiǎn)單的方法即可再生，提高了催化劑的使用壽命，降低了廢水處理的成本。

8、在一些實(shí)施例中，所述g-c3n4粉末的制備方法包括：將二氰二胺焙燒，冷卻后得到g-c3n4黃色粉末，優(yōu)選地，所述焙燒中，升溫速率為1-3℃/min，焙燒溫度為500-600℃，焙燒時(shí)間為1-3h。

9、在一些實(shí)施例中，所述焙燒處理中，升溫速率為1-3℃/min，焙燒溫度為500-600℃，焙燒時(shí)間為1-3h。

10、本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種光催化耦合臭氧氧化催化劑的再生方法，包括將待再生催化劑裝入反應(yīng)柱中，向所述反應(yīng)柱中通入臭氧氣泡水，進(jìn)行臭氧氧化反應(yīng)，得到再生后的催化劑，其中，所述待再生催化劑為使用后的本發(fā)明的光催化耦合臭氧氧化催化劑或本發(fā)明方法制得的催化劑。

11、本發(fā)明實(shí)施例的光催化耦合臭氧氧化催化劑的再生方法，向反應(yīng)柱中通入臭氧氣泡水，臭氧能夠有效分解吸附在催化劑表面的有機(jī)污染物，并通過(guò)氧化反應(yīng)將其轉(zhuǎn)化為小分子化合物或完全礦化為二氧化碳和水，本放實(shí)施例的再生方法簡(jiǎn)單易于操作，有效提高了催化劑的壽命，降低了廢水處理成本，同時(shí)減少了廢棄催化劑對(duì)環(huán)境的影響，具有較高的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。

12、在一些實(shí)施例中，所述臭氧氣泡水通過(guò)隔膜泵泵入反應(yīng)柱中，優(yōu)選地，所述隔膜泵的壓力為0.16-0.2mpa，所述臭氧氣泡水中氣泡的直徑為20-80μm，所述臭氧氣泡水中臭氧濃度為15-30mg/l，所述臭氧氣泡水的流量為50-100ml/min，反應(yīng)時(shí)間為30-120min。

13、本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種水性漆廢液的處理方法，包括：向水性漆廢液中加入本發(fā)明實(shí)施例的光催化耦合臭氧氧化催化劑或本發(fā)明實(shí)施例方法制得的催化劑，通入臭氧并打開(kāi)光源，進(jìn)行臭氧催化氧化和光催化耦合處理，經(jīng)過(guò)濾后得到處理后的廢水。

14、本發(fā)明實(shí)施例的水性漆廢液的處理方法帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)效果，通過(guò)對(duì)高濃度的水性漆廢液采用光催化耦合臭氧氧化處理，并且處理中采用本發(fā)明實(shí)施例的催化劑，實(shí)現(xiàn)了對(duì)高濃度水性漆廢液的高效處理，對(duì)水性漆廢液混凝出水的cod降解率可以高達(dá)97％以上，能夠使水性漆廢液的cod降至3000mg/l以下，達(dá)到后續(xù)進(jìn)一步生化處理的進(jìn)水水質(zhì)要求。

15、在一些實(shí)施例中，所述催化劑與所述水性漆廢液的體積比為1:1.2-2。

16、在一些實(shí)施例中，所述光源的波長(zhǎng)為365nm。

17、在一些實(shí)施例中，所述臭氧催化氧化和光催化耦合處理的時(shí)間為4-8h。

18、在一些實(shí)施例中，所述水性漆廢液為經(jīng)混凝處理后的廢液。

19、在一些實(shí)施例中，所述水性漆廢液的cod為50000-150000mg/l。

20、在一些實(shí)施例中，所述處理方法還包括將所述過(guò)濾后的廢水依次經(jīng)過(guò)物化處理和生化處理后排放，優(yōu)選地，所述物化處理包括絮凝沉淀、吸附或離子交換中的至少一種，所述生化處理包括好氧生物處理。