光催化在污水處理中的應(yīng)用

光催化在污水處理中的應(yīng)用我國(guó)是聯(lián)合國(guó)指定的13個(gè)貧水國(guó)之一，水資源匱乏。同時(shí)又面臨著嚴(yán)峻的水污染問(wèn)題。水處理技術(shù)粗略分為兩類(lèi)：生物處理技術(shù)和物化處理技術(shù)。其中生物處理技術(shù)是廢水凈化的主要工藝。隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，環(huán)境污染日益嚴(yán)重，人們對(duì)環(huán)境的要求不斷提高，傳統(tǒng)水處理工藝中的物理方法、生物方法往往不能得到滿(mǎn)意的結(jié)果。光催化氧化技術(shù)是近20年才出現(xiàn)的水處理新技術(shù)。它起源于出現(xiàn)能源危機(jī)的上世紀(jì)七十年代。1972年日本的Fujishima和Honda發(fā)現(xiàn)氧化鈦單晶電極光解水生成氫氣以來(lái)，多相■光催化氧化技術(shù)引起廣泛的興趣。光催化氧化法在環(huán)境保護(hù)上的應(yīng)用已引起世界各國(guó)高度重視，我國(guó)在這方面也加強(qiáng)了投資力度。近幾年來(lái)，光催化氧化法以成本低、無(wú)二次污染的突出優(yōu)點(diǎn)，已得到人們的普通認(rèn)可。選擇高效的催化劑，摸索最佳的操作參數(shù)，尋求最佳的解決方案，提高污水中有機(jī)物的分解率是我們研究的目的，其在工業(yè)廢水處理方面的應(yīng)用潛力是巨大的。1977年S.N.Frand用冢燈作光源，發(fā)現(xiàn)TiO2>ZnOCdS能有效催化CN-CNO-TiO2>ZnOCdSFe2O3能有效催化SO32-為SO42-,并且在TiO2光催化降解有機(jī)物方面也取得了滿(mǎn)意的效果，從此，光催化氧化有機(jī)物技術(shù)的研究工作取得了很大進(jìn)展，出現(xiàn)了眾多的研究報(bào)告。八十年代后期，隨著對(duì)環(huán)境污染控制研究的日益重視，光催化氧化法被應(yīng)用于氣相和水相中一些難降解污染物的治理研究，并取得了顯著的效果。根據(jù)已有的研究工作，發(fā)現(xiàn)鹵代脂肪桂、鹵代芳炷、有機(jī)酸類(lèi)、硝基芳桂、取代苯胺、多環(huán)芳桂、雜環(huán)化合物、其它炷類(lèi)、酚類(lèi)、染料、表面活性劑、農(nóng)藥等都能有效地進(jìn)行光催化反應(yīng)，最終生成無(wú)機(jī)小分子物質(zhì)，消除其對(duì)環(huán)境的污染以及對(duì)人體健康的危害。對(duì)于廢水中濃度高達(dá)每升幾千毫克的有機(jī)污染物體系，光催化降解均能有效地將污染物降解去除，達(dá)到規(guī)定的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。目前環(huán)境中存在的主要污染物幾乎均已嘗試用光催化氧化法進(jìn)行分解。目前，研究最多的半導(dǎo)體材料有TiO2、ZnO、CdS、WO3SnO2等。由于TiO2的化學(xué)穩(wěn)定性高、耐腐蝕，且具有較深的價(jià)帶能級(jí)，催化活性好，可以使一些吸熱的化學(xué)反應(yīng)在光輻射的TiO2表面得到實(shí)現(xiàn)和加速，加之TiO2對(duì)人體無(wú)毒無(wú)害，且成本較低，所以主要以納米二氧化鈦的光催化研究為主。其中，TiO2光催化反應(yīng)機(jī)理包括光激發(fā)過(guò)程、吸附過(guò)程、復(fù)合過(guò)程、捕光催化氧化法就是利集過(guò)程、其它自由基反應(yīng)、疑基自由基氧化有機(jī)物等六個(gè)過(guò)程。光催化氧化法就是利用半導(dǎo)體的特性，在光的照射下吸附光子起催化劑的作用，生成反應(yīng)基氧化有害化合物，并使之礦化，把有害化合物分解為二氧化碳、水和無(wú)機(jī)鹽。由于二氧化鈦具有較深的價(jià)帶能級(jí)，帶隙較寬(3.2eV),光催化活性最好，能使反應(yīng)在光照射的二氧化鈦微粒表面實(shí)現(xiàn)和加速，并且它的化學(xué)性能和光化學(xué)性能十分穩(wěn)定，耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿耐光腐蝕，無(wú)毒性，因而選擇TiO2作為光催化劑。光催化降解，一般可分為均相、多相兩種類(lèi)型。均相 -光催化降解主要以Fe2+或Fe3+及HQ為介質(zhì)，通過(guò)光助-芬頓(photo—Fenton)反應(yīng)使污染物得到降解，此類(lèi)反應(yīng)能直接利用可見(jiàn)光；多相-光催化降解就是在污染體系中投加一定量的光敏半導(dǎo)體材料，同時(shí)結(jié)合一定能量的光輻射，使光敏半導(dǎo)體在光的照射下激發(fā)產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，吸附在半導(dǎo)體上的溶解氧、水分子等與電子-空穴作用，生成?0H等氧化性極強(qiáng)的自由基，再通過(guò)與污染物之間的疑基加合、取代、電子轉(zhuǎn)移等使污染物全部或接近全部礦化，最終生成CO2,H20及其他離子如NO?、P043-、S042-、C1-等。光催化應(yīng)用的前景目前有關(guān)光催化降解研究的報(bào)道中，以應(yīng)用人工光源的紫外輻射為主，它對(duì)分解有機(jī)物效果顯著，但費(fèi)用較高，且需要消耗電能。因此，國(guó)外研究者均提出開(kāi)發(fā)自然光源或自然、人工光源相結(jié)合的技術(shù)，充分利用可再生清潔能源，發(fā)揮光催化降解在環(huán)境污染治理中的優(yōu)勢(shì)。光催化降解在環(huán)境污染治理方而的應(yīng)用尚處于起步階段，而且目前還存在諸多需要研究解決的問(wèn)題，如：提高半導(dǎo)體催化劑的光催化活性以便充分利用太陽(yáng)能，制造價(jià)廉、實(shí)用，能夠滿(mǎn)足一定規(guī)模的污水處理反應(yīng)裝，科學(xué)優(yōu)化光催化降解的條件等。但光催化降解法具有可在常溫常壓下進(jìn)行，可利用太陽(yáng)能的優(yōu)點(diǎn)，光敏半導(dǎo)體具有來(lái)源廣、價(jià)格低、回收利用技術(shù)簡(jiǎn)單，污染治理徹底等優(yōu)點(diǎn)?？傊?，光催化技術(shù)為徹底解決水污染提供了新思路和新方法，它在環(huán)境污染治理中有廣闊的應(yīng)用前景。載銅活性炭催化氧化深度降解石油污水中的COD石油污水處理中使COD達(dá)標(biāo)排放一直是環(huán)境治理的一大難題。前人研究過(guò)復(fù)合催化氧化法降解有機(jī)廢水、染料廢水、農(nóng)藥廢水中COD的方法，但不適宜于石油污水中COD的深度降解。本文基于活性炭對(duì)石油污水中石油類(lèi)、撥基、輕基、胺基等影響COD值的微量有機(jī)污染物的吸附富集作用，將其進(jìn)行活化處理后，用7.5%Cu(N03)2溶液浸漬，并在260C烘箱中將銅還原熱固在其微表面上，利用活性炭的吸附和銅(Cu、Cu2OCuO等)的催化作用，降低有機(jī)物分解的活化能，利用曝氣后污水中溶解氧氧化將其除去，從而實(shí)現(xiàn)了石油污水中COD的深度降解、達(dá)標(biāo)排放的目的。該方法集催化氧化、吸附和過(guò)濾處理污水中有機(jī)污染物于一體，為常溫下固定床式裝置有效降解石油污水中COD提供了新方法，探索了新途徑。用載銅活性炭和污水中溶解氧體系，催化氧化法深度降解石油污水中的COD活性炭用7.5%Cu(NO3)2溶液浸漬，在260C還原固化，制得催化劑。用固定床式水處理柱,對(duì)經(jīng)混凝沉降處理后COD值難以達(dá)標(biāo)的石油污水進(jìn)行深度處理研究。pH值為7.5±0.5,經(jīng)曝氣的石油污水，在25?30C條件下與催化體系接觸2h，可將45倍于催化劑體積的石油污水中的COD值由300mg/L以上降至100mg/L以下。催化劑可通過(guò)制備方法得以再生。H2O2處理酸性大紅廢水催化劑的研究’，探討了催摘要對(duì)雙氧水多相催化氧化處理酸性大紅工藝的催化劑進(jìn)行了研究化劑的制備條件與催化性能間的關(guān)系。結(jié)果表明，過(guò)渡，探討了催金屬氧化物Cu屏有較高的催化活性，Mn、Ni、Zn等金屬的氧化物幾乎無(wú)催化活性采用沉淀法制備的催化劑的催化活性要比采用浸漬法制備的高。在較佳條件下制備的催化劑對(duì)于CODE600-800的印染廢水，在投加量為5ml/L時(shí)，去除率大于70%，色度去除率達(dá)98%同時(shí)考察了該催化劑的穩(wěn)定性，試驗(yàn)結(jié)果表明，催化劑經(jīng)過(guò)多次使用后仍保持較高的催化活性。此外，該催化劑處理其他染料廢水也有很好的效果染料工業(yè)的不斷發(fā)展帶來(lái)了大量高濃度、高色度、成分復(fù)雜且難于降解的染料有機(jī)廢水。目前國(guó)內(nèi)多采用生物氧化法、絮凝沉降法等處理工藝進(jìn)行處理川。但近年來(lái)廢水中比值不斷下降，使得廢水難于直接生化處理而絮凝沉降法對(duì)于處理疏水性染料、分子質(zhì)量大的染料廢水是有效的，而對(duì)摩爾質(zhì)量小、水溶性好的酸性染料及直接染料均不佳，而且很多染料都是生物難降解或生物毒性很大，因此在解決高濃度有機(jī)廢水治理的難題中濕式氧化法顯得非常突出，并取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。濕式氧化法最初是由美國(guó)在處理造紙黑液時(shí)提出的，該方法在處理高濃度有機(jī)廢水中有較好的處理效果，但其所需的條件較為苛刻，投資和運(yùn)行費(fèi)用很高，因此不適合實(shí)際工業(yè)運(yùn)用。為此，發(fā)展了催化濕式氧化技術(shù)。催化濕式技術(shù)主要有2個(gè)發(fā)展方