一种利用摩擦催化高效降解染料污水的亚微米粉及其制备方法
技术领域
本发明属于污水处理领域，涉及一种利用摩擦催化高效降解染料污水的方法，具体的说，涉及一种钨青铜结构Ba3Sr2Nb8Ta2O30(BSNT)铁电体粉料摩擦催化降解染料污水的方法。
背景技术
染料应用在人们的日常生活中，给人类带来丰富多彩的世界的同时，其废弃物以及生产时产生的废液给水体造成严重污染。由于大多数染料易溶于水，易造成水体色度大、透光率降低，导致生态环境破坏。且大多数染料还具有毒性、致癌的潜在作用。所以，染料污水的有效治理一直是行业亟待解决的问题。现有技术主要有主要有物理法、化学法、生物法、光催化法。物理法对染料的处理程度不高。化学法成本高，且副产物多易造成二次污染。生物法对水体PH、温度等条件有一定要求，工艺占地面积大，管理复杂。光催化法由于光利用率低，不能作用于黑暗环境，且大多染料水体透光率低，制约了其实际应用。
发明内容
本发明的催化剂的名义化学式为Ba3Sr2Nb8Ta2O30。
为实现上述目的，本发明提供了一种降解效率高，生产成本低，处理简单，利用Ba3Sr2Nb8Ta2O30摩擦催化特性降解染料污水。其特征在于，包括：向装有染料的玻璃烧杯中，加入摩擦催化性能的Ba3Sr2Nb8Ta2O30亚微米粉料，并加入具有摩擦特性的磁力搅拌子；然后通过搅拌、震动让磁子与催化剂之间相互摩擦，促使BSNT亚微米颗粒中的电子空穴对被激发从而诱导染料进行分解。
基于此研究，本发明应用的具体过程：
(1)按摩尔比3:2:4:1称量BaCO3、SrCO3、Nb2O5、Ta2O5后经一次球磨，干燥，预烧，二次球磨，干燥，烧结，高能球磨制得BSNT亚微米粉。
(2)与50mL染料溶液(浓度5～15mg/L)，添加20～80mg BSNT亚微米粉，随后加入具有摩擦特性的磁力搅拌子，实施搅拌操作，使得摩擦性的磁力搅拌子在转动和波浪的摇动的作用下与BSNT亚微米粉料产生摩擦，产生摩擦催化效果，降解染料，降解过程中定时离心分离，测定降解前后染料的紫外吸收度，计算染料的降解率。
优选的，步骤(1)球磨工艺的时间为4～6h，转速为180～300r/min，高能球磨工艺时间为18～30h,球磨珠、球磨罐均ZrO2材质，磨珠直径0.5mm,球磨介质为无水乙醇。
优选的，步骤(1)干燥温度在100～120℃。
优选的，步骤(1)所述的预烧温度在1100～1300℃，烧结温度在1400～1500℃。
优选的，步骤(2)所述的磁力搅拌子材料为聚四氟乙烯、聚氯乙烯、特氟龙材料。
优选的，步骤(2)所述的磁力搅拌子数为3～5个，搅拌转速为240～420r/min。
本发明具有如下几个优点：(1)本发明采用传统的固相法制备并使用高能球磨机制得BSNT亚微米粉，使得处理成本低，便于工业化生产，应用前景大；(2)现有光催化法中不仅需要光照，同时需要不断搅拌，使得催化剂能持续得到光能，本发明中在BSNT粉料存在条件下，仅仅加入摩擦性能的磁力搅拌子，通过搅拌，在黑暗条件下就能降解染料；(3)采用该方法处理染料废水去色效果好，降解染料罗丹明B效率高达98％以上。
附图说明
图1为本发明实施例制得的Ba3Sr2Nb8Ta2O30催化剂的X射线图谱。
图2为本发明实施例制得的Ba3Sr2Nb8Ta2O30催化剂的表面显微形貌照片。
图3为本发明实施例制得的Ba3Sr2Nb8Ta2O30催化剂颗粒的尺寸分布图。
图4为本发明实施例制得的Ba3Sr2Nb8Ta2O30催化剂与3个聚四氟乙烯搅拌子搅拌摩擦降解5mg/L罗丹明B染料溶液不同时间的紫外-可见吸收光谱数据图。
图5为本发明实例3中加入与不加入BSNT通过磁力搅拌对罗丹明B进行降解的过程中，罗丹明B浓度随磁力搅拌时间的变化情况示意图。
具体实施方式
实施例1：
将纯度均为99.99％的BaCO3、SrCO3、Nb2O5和Ta2O5原料按化学计量比BaCO3:SrCO3:Nb2O5:Ta2O5＝3:2:4:1配料放入球磨罐中；选择二氧化锆球和尼龙罐；所加原料质量为磨球质量的8％；混合球磨时间为24个小时，转速为180转/分钟，球磨介质为无水乙醇；所得产物置于100℃的烘箱中烘干4小时后取出压柱，以5℃/min的升温速率升至1100℃预烧结4小时；取出预烧后的粉体研碎，再以无水乙醇为球磨介质球磨24小时混合均匀，于100℃下烘干4小时后研磨成粉状，压柱后，再以5℃/min的升温速率升至1400℃于高温炉空气气氛中保温10小时进行烧结，最后随炉自然冷却至室温，制得的样品在玛瑙研钵中研碎，后置于高能球磨机中，转速为300转/分钟，再以无水乙醇为球磨介质球磨48小时，于100℃下烘干4小时后研磨成粉体，即制得Ba3Sr2Nb8Ta2O30亚微米粉体。
实施例2：
将纯度均为99.99％的BaCO3、SrCO3、Nb2O5和Ta2O5原料按化学计量比BaCO3:SrCO3:Nb2O5:Ta2O5＝3:2:4:1配料放入球磨罐中；选择二氧化锆球和尼龙罐；所加原料质量为磨球质量的8％；混合球磨时间为24个小时，转速为180转/分钟，球磨介质为无水乙醇；所得产物置于100℃的烘箱中烘干4小时后取出压柱，以5℃/min的升温速率升至1200℃预烧结4小时；取出预烧后的粉体研碎，再以无水乙醇为球磨介质球磨24小时混合均匀，于100℃下烘干4小时后研磨成粉状，压柱后，再以5℃/min的升温速率升至1500℃于高温炉空气气氛中保温10小时进行烧结，最后随炉自然冷却至室温，制得的样品在玛瑙研钵中研碎，后置于高能球磨机中，转速为300转/分钟，再以无水乙醇为球磨介质球磨48小时，于100℃下烘干4小时后研磨成粉体，即制得Ba3Sr2Nb8Ta2O30亚微米粉体。
实施例3：
将纯度均为99.99％的BaCO3、SrCO3、Nb2O5和Ta2O5原料按化学计量比BaCO3:SrCO3:Nb2O5:Ta2O5＝3:2:4:1配料放入球磨罐中；选择二氧化锆球和尼龙罐；所加原料质量为磨球质量的8％；混合球磨时间为24个小时，转速为180转/分钟，球磨介质为无水乙醇；所得产物置于100℃的烘箱中烘干4小时后取出压柱，以5℃/min的升温速率升至1100℃预烧结4小时；取出预烧后的粉体研碎，再以无水乙醇为球磨介质球磨24小时混合均匀，于100℃下烘干4小时后研磨成粉状，压柱后，再以5℃/min的升温速率升至1450℃于高温炉空气气氛中保温10小时进行烧结，最后随炉自然冷却至室温，制得的样品在玛瑙研钵中研碎，后置于高能球磨机中，转速为300转/分钟，再以无水乙醇为球磨介质球磨48小时，于100℃下烘干4小时后研磨成粉体，即制得Ba3Sr2Nb8Ta2O30亚微米粉体。对粉体进行XRD粉末衍射分析，如附图1所示，证实了Ba3Sr2Nb8Ta2O30亚微米粉体为纯相四方钨青铜结构，没有第二相的产生。附图2、3为BSNT的表面显微形貌及粉体颗粒的粒度分布，结果显示BSNT粉体颗粒大小在60～450nm，平均粒径为180nm。表明BSNT催化剂粉体尺寸大小为亚微米级。
取50mg BSNT亚微米粉末添加到50mL 5mg/L的罗丹明B溶液中，加入三个聚四氟乙烯磁力搅拌子，以300r/min的速度进行磁力搅拌，每三十分钟，离心分离，取3mL罗丹明B溶液，离心分离后取上层清液，通过紫外-可见分光光度计测定吸收峰强度，最后根据公式D＝(A0-At)/A0×100％计算染料罗丹明B的降解率D。附图4为最终的罗丹明B紫外吸收光谱数据图，通过计算，得出染料罗丹明B的降解率达到98％。附图5为加有亚微米粉体BSNT经过搅拌降解RhB染料和不加入BSNT亚微米粉体与3个聚四氟乙烯搅拌子直接搅拌降解RhB染料的降解效率对比图。表明BSNT亚微米粉体在降解过程中具有关键作用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
