紫外光降解苯酚廢水實(shí)驗(yàn)-07

1、專業(yè)綜合性實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱 紫外光降解苯酚廢水實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解光催化氧化降解有機(jī)廢水的機(jī)理；2. 了解紫外光催化裝置，熟悉光催化處理廢水的工藝流程；3. 了解光催化動(dòng)力學(xué)參數(shù)測定的意義，并探討不同實(shí)驗(yàn)條件下光催化降解的效果。二、實(shí)驗(yàn)原理光催化氧化法氧化能力強(qiáng)，要求的反應(yīng)條件溫和，是目前處理含低濃度難降解有機(jī)物廢水的一種高級氧化法。光催化氧化法，是以N型半導(dǎo)體的能帶理論為基礎(chǔ)。當(dāng)能量大于帶陣能量Eg（TiO2的Eg為3.2eV）的光照射半導(dǎo)體催化劑時(shí)，價(jià)帶（Valency band）上電子被激發(fā)，躍過禁帶進(jìn)入導(dǎo)帶(Conduction band)，形成高活性電子（e），并在價(jià)帶上產(chǎn)生帶正電

2、荷的空穴（h），從而引發(fā)反應(yīng)。以TiO2為例說明：TiO2 h = h + e水溶液中的光催化氧化反應(yīng)，在半導(dǎo)體表面失去的電子主要是水分子，水分子經(jīng)一系列變化后產(chǎn)生氧化能力極強(qiáng)的羥氧自由基（·OH），可以氧化各種有機(jī)物，并使之礦化為CO2。TiO2是常用的光催化劑 ，主要有銳鈦型和金紅石型兩種晶型。二氧化鈦的化學(xué)性質(zhì)和光化學(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定，無毒價(jià)廉，貨源充足。TiO2是一種半導(dǎo)體氧化物，它有充滿電子的價(jià)帶和缺電子的導(dǎo)帶，在光照下價(jià)電子上留下的空穴有氧化性，導(dǎo)帶上的電子具有還原性，降解物在TiO2表面發(fā)生氧化還原后，價(jià)帶又得到電子，光再次照射時(shí)，價(jià)帶上電子又同樣發(fā)生躍遷，故將使用過的Ti

3、O2通過過濾收集起來，在陰暗處自然晾干，重復(fù)使用，不影響其催化活性。影響二氧化鈦光催化氧化過程的因素有很多，主要有：光催化劑的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)、光催化劑的投加量、廢水的pH值和濃度等。研究表明，TiO2為催化劑的光催化氧化反應(yīng)速率ro可用Langmuir-Hinshelwood描述： （1） （2）式中：C反應(yīng)物濃度，mmol/L; K表觀吸附平衡常數(shù)，L/mmol； k表面反應(yīng)速率常數(shù)，mol/h。取不同濃度的廢水進(jìn)行光催化降解實(shí)驗(yàn)，由此得到不同的初始反應(yīng)速率ro，并繪制出關(guān)系圖，圖中直線的斜率為值，截距為值。就可以得到K值和k值。三、實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備與藥品KL-1型紫外光催化實(shí)驗(yàn)裝置（武漢科林環(huán)保

4、技術(shù)有限公司）、分光光度計(jì)模擬有機(jī)廢水（苯酚廢水）、苯酚濃度用COD表征。四、實(shí)驗(yàn)步驟（1） 將濃度為100mg/L的有機(jī)廢水放入水箱至一定體積，廢水量必須大于照射反應(yīng)器的有效容積；（2） 容器廢水中定量加入光催化劑（TiO2），投加量為3.0g/L，并攪拌均勻，使催化劑懸浮在容器中；（3） 打開循環(huán)泵開關(guān)，讓循環(huán)水進(jìn)入照射反應(yīng)器并從上端排入原水容器中形成水循環(huán)，調(diào)整流量計(jì)至適度流量，運(yùn)行35min，使其中的催化劑均勻地分布于水中；（4） 打開紫外燈開關(guān)，并打開定時(shí)器開始計(jì)時(shí)；（5） 每隔20min測量一次容器中苯酚的濃度，測量時(shí)將水中的催化劑過濾；實(shí)驗(yàn)運(yùn)行時(shí)間1.5hr（6） 改變原水濃度，

5、分別為50mg/L、75mg/L、125mg/L、150mg/L，重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)，并記錄表1。表1 不同初始濃度的紫外光催化氧化實(shí)驗(yàn)記錄初始濃度mg/L反應(yīng)時(shí)間min出水濃度mg/L 在原水苯酚濃度為100mg/L的條件下，改變光催化劑二氧化鈦的投加量，分別為1.0g/L、2.0g/L、4.0g/L、4.5g/L。重復(fù)（1）（5）實(shí)驗(yàn)，并記錄表2。表2 不同投加量的紫外光催化氧化實(shí)驗(yàn)記錄投加量g/L反應(yīng)時(shí)間min出水濃度mg/L （7） 在原水苯酚濃度為100mg/L、TiO2投加量為3.0g/L的條件下，調(diào)節(jié)原水的pH值，分別為4、6、10、12，重復(fù)（1）（5）的實(shí)驗(yàn)，并記錄表3；表3 不同pH值的紫外光催化氧化實(shí)驗(yàn)記錄原水pH值反應(yīng)時(shí)間min出水濃度mg/L（8） 實(shí)驗(yàn)全部結(jié)束后，在原水容器中加入清水，打開循環(huán)泵讓清水進(jìn)入照射反應(yīng)器中進(jìn)行徹底清洗。 五、數(shù)據(jù)處理與分析（1） 根