光催化氧化论文

光催化氧化在工业废水中的应用
环境科学与工程学院给水排水工程08-2班3080107209 唐彬彬摘要：水污染是我国面临的主要环境污染问题之一。

随着我国工业的不断发展，工业废水的排放量日益增加大量有毒有害的物质排入水体，如今工业废水处理倍受人们关注。

而一般的处理方法大体可分为：物理处理法、化学处理法、物理化学处理法和生物处理法。

这些方法对高浓度的废水的处理不仅效率低还会带来二次污染，而光催化氧化法是一种新型的高级氧化技术，它产生的强氧化剂可以彻底降解水中的有机污染物，还可以非常有效地起到杀菌作用，而且对水源不会造成二次污染。

本文就光催化氧化法在工业废水中的应用作个简捷的说明。

关键字：工业废水光催化废水处理
光催化氧化的概念及原理
所谓光催化反应，就是在光的作用下进行的化学反应。

光化学反应需要分子吸收特定波长的电磁辐射，受激产生分子激发态，然后会发生化学反应生成新的物质，或者变成引发热反应的中间化学产物。

光化学反应的活化能来源于光子的能量，在太阳能的利用中光电转化以及光化学转化一直是十分活跃的研究领域。

该技术的原理是利用纳米颗粒吸收太阳能，与氧气和水反应，产生多种强氧化剂。

这些氧化剂可以彻底降解水中的有机污染物，它的强氧化性还可以非常有效地起到杀菌作用，而且对水源不会造成二次污染。

光催化氧化技术在工业废水的应用
光催化氧化是20 世纪70 年代兴起的水处理工艺, 自1961~ 1996
年的36 年间共有47 个国家和地区的科学家从事光催化研究[1]。

这种技术对于处理难降解的工业废水特别有效，而且成本低廉，已在美国、日本多个城市污水处理过程中应用。

近年来的研究表明，光催化反应能将含有染料、农药、卤代有机化合物、表面活性剂、油污、无机污染物的废水处理为无害水而排放，而且成本不高，无二次污染。

主要应用于处理：1)有机污染物。

TiO2 能有效地将废水中的有机物降解为H2O、CO2、SO2-4、PO3-4、NO-3、卤素离子等无机小分子,达到完全无机化的目的。

目前研究最多的是降解染料废水中的有机物。

染料废水有机污染物含量高、色度深、毒性大，难生物降解的有机物成分高，是我国目前几种难治理的行业废水之一。

张辉等[2]采用序批式自制光催化膜反应器和低温酸性溶胶法制得的锐钛矿型TiO2催化剂，250W紫外灯光源对活性艳红X-3B进行光催化降解实验。

实验结果表明反应起始pH和催化剂用量对光催化膜反应器运行性能影响很大，该耦合体系的最佳pH为4，染料和催化剂最佳浓度比为2︰1，0.45和0.22 μm的混合纤维素膜对TiO2颗粒截留率可达96.5 %以上。

2）垃圾渗滤液。

垃圾渗滤液主要是指垃圾场中由表面下渗的雨水进入填埋场后, 沥经垃圾层和所覆土层而产生的含有大量悬浮物和高浓度有机或无机成分的污水, 成分主要包括有机物、微量金属元素(含重金属)、常见的一些无机盐类、微生物和固体物质, 是地表水和地下水的主要污染源之一。

杨运平等[3]采用UV/ TiO2 与Fenton 试剂法的联合工艺处理垃圾渗滤液, 考察了反应温度、pH 值、TiO2 投加量、H2O2 用量等对去除率和脱色率的影响, 比较了单一的Fenton 法、UV/TiO2 法和
UV/TiO2/Fenton 法处理垃圾渗滤液的效果。

结果表明, 反应温度越高, 对垃圾渗滤液中的去除率和脱色率也越高; pH=4 时处理效果较好。

3）有毒的无机离子如Cr2O72- 、CN- 、Pb2+ 、Hg 2+ 等。

光催化技术可以利用光致电子的还原能力去除水中的金属离子及其他的无机物，目前的研究包括Mn7+、Cr6+、Fe3+、Ni2+、Hg2+、Cu2+、Pb2+、Ag+、CN- 、CSN- 、NO2-等。

刘淼等[4]，直接以太阳光为光源，用ZnO/TiO2 处理电镀含Cr（Ⅵ）废水，并加入廉价光催化辅助剂，对电镀含铬废水多次处理，使六价铬光致还原为三价铬，再以氢氧化铬形式除去三价铬；达到处理电镀废水的目的。

4）含油废水。

含油废水的来源很广,有石油工业的炼油厂排放的含油废水、油轮压舱水和洗车业排放的含油废水等含油废水水体表面形成一层油污薄膜,使水体缺氧,造成水生生物死亡,破坏水体自净功能。

水体表面的聚结油还存在可能燃烧的安全问题。

因此,处理含油废水意义重大。

5)农药废水。

农药废水中含有机磷农药,三氯苯氧乙酸，DDVP,DTHP,三氮硝基甲烷等,毒性大,难降解,易生物积累。

利用TiO2光催化去除农药虽然不能使所有的污染物最终达到完全矿化, 但不会产生毒性更高的中间产物, 这是其他
方法无法相比的。

光催化氧化技术优缺点
光催化氧化技术与传统的生物化学处理方法相比，光催化氧化是一种新型现代水处理技术,具有工艺简单、能耗低、易操作、对污染物无选择性、可使许多难降解有毒污染物得以完全降解、无二次污染等有点,所用光催化剂TiO2安全、廉价、无毒无污染,活性较高,反应条件
温和、不需要高温高压。

因此,该技术在有机废水处理中显示出明显的优越性, 在环境治理领域具有良好的应用前景及发展潜力。

缺点：运行成本高、催化剂的效率不高、目前仍停留在实验室水平，实际应用很少。

参考文献：
[1]石庆平等.光催化研究与发展的文献计量分析.催化学报，1999,20（3）293-295.
[2]张辉，张国亮，林志宏，等．TiO2光催化/膜分离耦合过程降解偶氮染料废水[J]．催化学报，2009，30(7)：679-684．
[3]杨运平,唐金晶,方芳,等.UV/TiO2/Fenton 光催化氧化垃圾渗滤液的研究[J].中国给水排水,2006,22(7):34～37.
[4]刘淼,董德明,张白羽.光催化法处理电镀含铬(%)废液[J].吉林大学自然科学学报,1998(2):99101.。