光催化氧化处理印染废水新进展

第1卷 第2期三 峡 环 境 与 生 态V o l.1 N o.22008年9月Env ir onment and Ecolog y in T hr ee Gor ges Jul.2008光催化氧化处理印染废水新进展收稿日期:2008 05 1作者简介:李铃(1975-),女,重庆江北区人,工程师,主要从事环境监测技术以及环境科学研究。

李 铃(重庆市江北区环境监测站,重庆 400020)摘 要:介绍了光催化氧化处理印染废水的作用机理,通过对印染废水的综合分析,指出印染废水的光催化氧化处理的影响因素,以及现有处理印染废水的方法,并对光催化处理印染废水的主要问题进行了探讨,为实际印染废水中有机物的降解提供研究依据。

关键词:光催化氧化;印染废水中图分类号:X703 文献标识码:A 文章编号:1674 2842(2008)02 0034 03Development of Photocatalytic Oxidation in Treating Printingand Dyeing WastewaterLI Ling(Environm ental M onitoring S tation of Chongqing Jangbei dis trict,chongqing 400020,China)Abstract:T his paper intro ducts t he photocatalytic ox idat ion s principle and it s effects.It a lso intr oducts the methods of treat ing effectively print ing and dyeing w astew ater.M eanwhile this paper po ints out the main problems of decrea sing the pollutant in the pr inting and dy eing w ast ew ater,affor ds the g ists o f research.Key words:photo cat alyt ic ox idation ;dy eing w astew ater自20世纪70年代初期,A.Fujishima 和K.H onda 发现半导体T iO 2单晶电极光解水的现象以来[1],光催化法已广泛用于各种废水的降解研究中。

近年来随着化学、纤维织物的发展,仿真丝的兴起和印染后整理技术的进步,使PVA 浆料、人造丝碱解物、新型助剂等难生化降解有机物大量进入印染废水。

开发经济、有效的印染废水处理技术日益成为当今环保行业关注的课题,采用光化学方法处理印染废水的研究已越来越引起人们的重视。

1 印染废水的来源、组成、危害印染废水是一种色度高、有机污染物含量高且组份复杂,主要对象是碱度、不易生物降解或生物降解速度极慢的有机物、染料及有毒物质,除含有助剂和大量的浆料外,废水中还含有苯胺、硝基苯、邻苯二甲酸类等含有苯环、胺基、偶氮等基团的有毒有机污染物,不但难以生物降解,而且多为致癌物质[2],危及人的身体健康。

这些废水直排,不仅会影响水生动植物的生长,也会使土壤性质恶化[3],造成严重的环境危害。

因此,治理印染废水势在必行。

2 影响光催化氧化降解的几个因素2.1 催化剂的选择常用的半导体催化剂有T iO 2、CdS 、ZnO 、Fe 2O 3、SnO 2、WO 3、W 等,Fe 2O 3不仅具有很强的氧化性,而且还具有絮凝作用;TiO 2具有较高的催化能力和较好的化学稳定性,并具有无毒、价格较低等优点,成为光催化中最常用的一种光催化剂。

其两种晶型:锐钛矿型和金红石型[4]中,锐钛矿型T iO 2的比表面积大、吸附O 2的能力高、光生电子-空穴对的简单复合发生较慢[5];锐钛矿型T iO 2催化性能高于金红石型。

程沧沧等[6]以T iO 2为催化剂,对某丝绸厂的印染废水进行了处理实验,取得了脱色率100%,COD Cr 去除率85.6%的效果。

当然,催化剂投加量也会影响染料的降解脱色效果,增加催化剂的量有利于提高吸光效率,增大反应面积以及对反应物的吸附作用,从而加快了光催化反应的进行。

这是因为催化剂的量太少时,光源产生的光子能量不能被充分利用,反应速度慢;而过多时,会引起光散射,影响溶液的透光率,也将减慢反应速度。

2.2 光源与光照强度的选择光源的选择将会影响到光催化体系的稳定性、可控性等。

人工光源多为光强度大且波长可调的汞灯和氙灯[7];而太阳光谱中的近紫外光足以将催化剂激活,常用作最经济的光催化反应的能源。

当光强增加时,促使更多的半导体电子被激发产生高能电子-空穴对,从而提高印染废水处理工艺中的脱色率和COD Cr去除率。

陆文明[8]在固定催化剂投加量的前提下,得出采用太阳光照经济、紫外光照射快速的结论。

王怡中等[9]人用500W和300 W的中压汞灯对甲基橙进行降解试验,这两种灯功率比为1.7,光照强度比为1.8,速率常数比为2.4,说明采用500W功率的汞灯比300W的更经济合算。

2.3 印染废水浓度的影响印染废水的浓度将影响吸附量的大小。

随着浓度的增加,吸附量也不断增大,但由于受透光性的影响,随有机物浓度的升高,吸附逐渐趋于饱和,当浓度达到一定值以后,反应速率反而会下降。

2.4 温度的影响光催化氧化处理印染废水中,氧化还原反应大多伴随着放热或吸热效应,因而受温度的影响也是不能忽视的。

杨民等[10]的研究指出,随着温度的升高,O2的分压降低,从而降低了废水COD Cr的去除率。

2.5 溶液pH值的影响溶液的pH值将影响半导体催化剂的价带空穴和导带电子的转移,从而影响降解的速率。

但在高pH值和低pH值时都可能出现光催化氧化的最高速率。

孙尚梅等[11]利用太阳光催化氧化法处理毛纺染整废水溶液时,得出碱性愈强溶液脱色率越高,当pH由4.21变化到10.01时,脱色率由60%升高到80%。

3 提高光催化氧化处理印染废水的有效途径3.1 反应器的优化近几年,已有悬浮体反应器、固定床反应器等。

典型的固定床反应器是把光催化剂涂敷在反应器壁,或负载在固体基质上(如硅胶等),或者负载在环绕光源的套管上。

如:涂代惠等[12]采用平板式固定床型装置处理印染废水,使其COD Cr的去除率可达68.4%,脱色率为89.1%。

李耀中等[13]设计了一种流化床光催化反应器与过滤预处理相组合的中试系统,处理印染废水中的有机难降解物色度去除率> 80%,去除率70%。

3.2 光催化剂催化活性的提高从理论上讲,只要半导体吸收的光能大于等于其带隙能,就能被激发产生光生电子和光生空穴,该半导体就可以作为光催化剂,但实际上,一个具有实际应用价值的半导体光催化剂必须具有化学稳定性、光照稳定性、高效性和选择性以及较宽的光谱响应,同时还要考虑材料成本和光匹配性能等因素。

一般说来常见的单一化合物催化剂没有一个能全面满足上述要求。

加上光生电子和光生空穴极易复合,会降低高活性氧化基团的产率,导致催化剂催化能力的下降。

所以,为提高光催化剂催化氧化的活性,催化剂一般要进行改性。

如:陆文明采用H2O2/Fe2+光催化氧化法去除活性染料废水色度的研究,就是通过在催化剂表面掺杂Fe2+离子的一种改性处理。

H Yoneyam a等人[14]报道了WO3、 Fe2O3等可作为稳定的光解水催化剂。

崔玉民等[15]采用半导体复合,将CdS和W加入光催化剂WO3中,利用不同半导体之间的能级差别使电子和空穴有效分离来提高光催化效率。

目前所报道的复合体系中CdS T iO2体系研究得最普遍和深入。

研究表明复合的半导体光催化剂比单一的半导体光催化剂有更高的催化活。

此外,人们对超微粒子特别是对纳米T iO2光催化剂的研究日益增多,平贵臣等[16]总结了CdS半导体纳米微粒的复合与组装,并介绍了其应用方面的情况。

余锡宾等[17]用溶胶-凝胶(So l Gel)法制备了粒径为10~20nm左右的T iO2纳米粒子,并详细介绍了T iO2纳米微粒的制备及其催化活性,以及T iO2纳米微粒尺寸效应与吸收特性的关系。

3.3 降解方法的联合使用吸附!光催化氧化处理法,即:利用活性炭等多孔物质的粉末或颗粒与废水混合,去除水中的水溶性染料,再利用光催化氧化进一步分解降解废水中未降解的有机污染物。

除此外,采用活性炭、硅聚物、高岭土、工业炉渣等[18]为吸附剂处理活性黄染料废水的研究也有报道,在合适的条件下,废水的脱352期 李 铃:光催化氧化处理印染废水新进展色率可达98%以上。

活性炭吸附效果好,操作简单、但费用较高。

开发高效便宜的吸附剂是吸附法的研究方向。

而混凝!光催化氧化处理法对处理高浓度、难生化降解、要求高氨氮去除率的废水处理更具优势。

电化学!光催化降解处理法,结合电化学和化学氧化法,对处理含酸性染料的印染废水有较好的处理效果。

如:姚清照等人针对品红、铬蓝K、铬黑T溶液光致降解、光催化降解与光电催化降解的对比实验,得出光电催化降解的效果最好,其降解效率是光致降解的二倍,比光催化降解高32%。

4 存在的问题目前影响光催化处理染料废水的主要问题是染料体系的复杂性和测试方法的局限性等原因,在很大程度上限制了染料光催化降解技术的工业化应用。

其次,由于催化剂悬浮于水体中,增加对环境的二次污染。

故寻找合适的载体和固定化方法,克服悬浮相催化氧化中催化剂易凝聚且难以回收,活性成分损失大等缺点是光催化氧化技术的一个关键。

此外,基础理论的研究也是解决印染废水处理最直接的问题。

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