光催化氧化技术处理难降解
《2024年高级氧化技术处理难降解有机废水的研究》范文
《高级氧化技术处理难降解有机废水的研究》篇一摘要：随着工业的快速发展，难降解有机废水的处理成为了环境保护的重要课题。
本文系统介绍了高级氧化技术在处理难降解有机废水中的应用，并详细阐述了该技术的原理、特点及实际应用情况。
本文通过实验数据和案例分析，探讨了高级氧化技术的优势与挑战，并对其未来发展进行了展望。
一、引言难降解有机废水是指那些含有复杂有机物、难以被传统生物处理方法降解的废水。
这类废水的处理对环境造成极大压力，也是工业可持续发展面临的挑战之一。
高级氧化技术作为一种新兴的废水处理方法，以其高效的降解能力和对难降解有机物的良好处理效果，成为了研究的热点。
二、高级氧化技术概述高级氧化技术（AOPs）是利用强氧化剂（如羟基自由基等）与废水中的有机物进行反应，从而将大分子有机物分解为小分子有机物或完全矿化为二氧化碳和水的一种技术。
其核心在于产生高活性的羟基自由基，能够无选择性地对有机物进行氧化。
三、高级氧化技术的原理及特点（一）原理高级氧化技术主要依靠羟基自由基的强氧化性来降解有机物。
在适当的反应条件下，羟基自由基能够与废水中的有机物发生加成、取代、电子转移等反应，最终将有机物分解为小分子物质或完全矿化。
（二）特点1. 高效性：高级氧化技术能够在短时间内快速降解有机物。
2. 无选择性：羟基自由基对有机物无选择性，能够处理多种类型的有机废水。
3. 适用范围广：适用于处理难降解有机废水，尤其对含有有毒有害物质的废水处理效果显著。
四、高级氧化技术的应用（一）光催化氧化法光催化氧化法是利用紫外线或可见光激发催化剂产生羟基自由基，从而对有机物进行氧化降解的方法。
该方法具有反应条件温和、能耗低等优点。
（二）湿式氧化法湿式氧化法是在高温（一般为120-350℃）和高压（一般为数MPa）条件下，利用氧气或空气作为氧化剂，将废水中的有机物氧化为二氧化碳和水的方法。
该方法具有处理效率高、反应速度快等优点。
（三）电化学氧化法电化学氧化法是通过电解过程在阳极产生羟基自由基来降解有机物的方法。
光催化氧化技术在废水处理中的应用
光催化氧化技术在废水处理中的应用光催化氧化技术是一种基于光化学反应原理的废水处理技术，它将光催化剂、氧气和光线结合使用，通过光照反应将污染物氧化成可生物降解，或更容易去除的废物。
这项技术已经被广泛应用于工业废水处理，尤其是对于难降解有机物和毒性污染物质，光催化氧化技术的效率是传统的水处理技术难以比拟的。
本文将介绍光催化氧化技术在废水处理中的应用。
一、光催化氧化技术的机理与应用原理光催化氧化技术是一种复杂的氧化-还原反应过程，它需要光照、催化剂和氧气三个因素同时存在，才能发挥最好的效果。
在这个过程中，催化剂使用的是光催化剂，它能吸收光线，并将其转化为电子和空穴对。
这些电子和空穴对被用于分解废物里的氧化剂和还原剂，这些氧化剂和还原剂产生的自由基反应导致污染物的分解和氧化。
光催化氧化技术可以处理各种类型的污染物，特别是一些传统氧化技术难以处理的烷基和芳香族化合物、很难生物降解的有机污染物，还可以处理水中痕量重金属离子和有机有机物协同降解，具有很好的综合效果。
二、光催化氧化技术在废水处理中的优势1、高效：光催化氧化技术可以大幅提高废物氧化的速度。
以易生物降解的化合物为例，催化剂的分解作用会加速污染物的降解，从而大大提高了氧化效率。
2、无需添加其它氧化剂：不需要额外添加氧化剂，只需要利用光、氧气和光催化剂的相互作用即可完成氧化作用，大幅降低了氧化过程对环境和人体的影响。
3、选择性：光催化氧化技术可以用于处理具有不同结构和功能的废物，而且只会对这些污染物有选择性的氧化。
三、光催化氧化技术在废水中的应用案例1、光催化氧化处理含重金属废水有机污染物的氧化往往会抑制氧氧化剂和还原剂的分解，导致这些物质在废物中的积累。
使用光催化氧化技术将亚铁氰酸钠溶液添加到含有重金属离子的水中，能够有效地去除这些污染物。
2、光催化氧化处理含有高浓度污染物的废水高浓度污染物的消除是废水处理中比较复杂的一个问题，而光催化氧化技术可以轻松消除这些污染物。
高级氧化-生物净化耦合处理技术
工作原理：高级氧化技术主要包括湿式氧化法、超临界水氧化法、光催化氧化法等。
湿式氧化法（WAO）是上世纪50年代发展起来的一种处理高浓有毒、有害、生物难降解废水的有效手段，在国内这方面的研究近年来才得到重视。
超临界水氧化法是80年代发展起来的一种新型氧化技术，它是利用水在临界状态下的良好性能，氧化有机污染物使其降解为二氧化碳、水等无机小分子化合物，该法的优点是反应效率高、无二次污染，适用范围广。
光催化氧化法是在催化剂和紫外光或可见光作用下，有机污染物或催化剂由于光辐射的作用而发生相关有机污染物氧化或矿化降解反应的过程，因其经济、无二次污染、反应条件温和、氧化能力强等优点而发展迅速。
生物处理是指利用微生物将烃类有机物或其他有机物转化为无毒物质，并最终将其转化为CO2、H2O和微生物细胞组织的技术。
生物处理技术费用较低，其通过微生物代谢实现对污染物的去除，是污染物治理中最完全和清洁的技术，不会造成二次污染。
生物处理难降解有机物的缺点是处理效率较低，运行不稳定，而高级氧化处理技术虽然效率高，但是成本偏高，两者具有一定的互补性，把两者耦合，用于处理难降解有机物就可实现高降解效率、低运行成本。
因此，近年来在难降解有机物污染治理中高级氧化和生物处理两者的耦合研究成为热点。
技术特点：²每一种单一的废气处理技术都难以同时达到对有机污染物的高效、低能耗、低物耗处理效果，而两种或两种以上技术的组合应用，则往往会获得大大高于单一方法的处理效果。
²高级氧化技术和生物技术各有优缺点。
高级氧化技术处理成本较高，可以作为有机污染物的预处理，以提高其生物可降解性，再利用微生物对其进行降解处理，这样可以扬长弊短，降低成本，同样达到预期处理效果。
因此，在有机物污染治理技术的使用中，高级氧化和生物处理两者耦合技术的研究具有广阔的前景。
难降解有机污染物处理与控制
加强国际合作
加强与其他国家和地区的合作与交流，共同应对难降解有机污染物的 挑战。
THANKS
感谢观看
加强生产过程中的监控和管理
建立完善的污染物监测和控制系统，及时发现并处理生产过 程中的污染物。
末端治理
物理法
化学法
利用物理原理和方法，如吸附、过滤、萃 取等，将污染物从废水中分离出来。
利用化学原理和方法，如氧化、还原、沉 淀等，将污染物转化为无害或低毒性的物 质。
生化法
组合处理技术
利用微生物的代谢作用，将污染物转化为 无害或低毒性的物质。
减少或消除污染源
通过改进生产工艺、使用低毒或无毒 原料、加强设备维护等措施，从源头 上减少或消除难降解有机污染物的产 生。
提高资源利用率
推广废物减量化、资源化技术，将污 染物转化为有用的产品，降低污染物 的排放量。
过程控制
优化生产流程
通过改进生产流程和操作方式，降低生产过程中的污染物产 生和排放。
难降解有机污染物处 理与控制
汇报人：可编辑 2023-12-31
目录
• 难降解有机污染物的定义与特性 • 难降解有机污染物的处理技术 • 难降解有机污染物的控制策略 • 难降解有机污染物处理与控制的前沿技术 • 难降解有机污染物处理与控制的挑战与展
望
01
难降解有机污染物的定 义与特性
定义
01
难降解有机污染物是指在自然环 境中难以被微生物分解或化学分 解的有机化合物。
吸附法
利用活性炭、沸石等吸附剂吸 附污染物，达到净化水质的目
的。
萃取法
通过有机溶剂将污染物从水中 萃取出来，再对溶剂进行回收 和处理。
化工废水处理-光催化氧化技术
02
太阳光：节能，但太阳能的利用率低
二、流态不同
悬浮型 固定型（非填充式和填充式） 流化床
悬浮型
悬浮型：TiO2粉末直接与废水混合 组成悬浮体系。
优点：结构简单，能充分利用催化 剂活性；
缺点：
存在固液分离问题，无法连续使用
易流失 1. 悬浮粒子阻挡光辐射深度， TiO2 =0.5mg/m3左右，反应速度 达到极限。
复合半导体催化剂。 （4）表面光敏化：光活性物质可吸收可见光，受激发将电子传递给半导体导带 （5）表面螯合及衍生化作用：含硫化合物、OH-、EDTA等螯合剂能影响半导体的能带位置，
使导带移向更负的位置。
催化剂的负载
三、多相光催化氧化——光催化剂TiO2
➢ 将TiO2负载到光滑平整的载体上形成均一连续的薄膜。 ➢ 将TiO2固定到载体上
三、多相光催化氧化——光催化剂TiO2 TiO2的改性
表面修饰：由于TiO2的吸收阈值为387nm，对太阳光的利用率低，为了提高光催化活性和 扩大激发光波长范围而进行催化剂改性。
（1）惰性金属沉积：Pt、Au、Ag、Cu （2）过渡金属掺杂：Fe3+ （3）复合半导体：用两种或以上的半导体通过浸渍、混合溶胶、均匀沉淀等方法能够制成
二、均相光催化氧化——光助Fenton
Fenton试剂发展（Fe2+/H2O2） 1894年，Fenton用于有机合成氧化苹果酸 1964年，Eisenhouser将其用于处理苯酚及烷基苯 1993年，Ruppert将紫外光照射引入Fenton处理4-CP，形成
光助Fenton技术。 其后，在处理有机废水上得到应用。
1
0 过氧化氢浓度的影响
3
0
pH值的影响——初始
污水处理中的光催化氧化技术
光催化氧化技术利用特定波长的光激发光催化剂（如二氧化钛、 氧化锌等），产生具有强氧化性的自由基，这些自由基能够将有 机物氧化分解为二氧化碳和水等无害物质。
技术发展历程
1972年
日本科学家Fujishima和Honda发现光照的电极表面 能分解水，揭开了光催化研究的序幕。
1985年
科学家们发现二氧化钛具有光催化活性，为光催化 氧化技术的发展奠定了基础。
05
光催化氧化技术的发展前景与展望
技术发展趋势
高效光催化剂的研发
针对污水处理的需求，研发具有更高活性和稳定性的光催化剂是 未来的重要趋势。
优化反应条件
通过深入研究反应机理，优化反应条件，提高光催化氧化的效率。
拓展应用领域
光催化氧化技术不仅可用于污水处理，还可应用于空气净化、有毒 有害物质的降解等领域。
污水处理中的光催化氧化技术
汇报人:可编辑
2024-01-04
目
CONTENCT
录
• 光催化氧化技术概述 • 污水处理中的光催化氧化技术 • 光催化氧化技术处理污水的原理及
过程 • 光催化氧化技术的实际应用案例 • 光催化氧化技术的发展前景与展望
01
光催化氧化技术概述
技术定义与原理
定义
光催化氧化技术是一种利用光能将有机物转化为无害物质或低毒 物质的方法。
技术改进与创新
新型光催化材料的探索
01
探索新型光催化材料，如金属氧化物、硫化物、氮化物等，以
提高光催化效率。
反应器设计与优化
02
改进和优化光催化反应器的设计，提高光能利用率和反应效率
。
联合工艺的研发
03
结合其他污水处理技术，如活性污泥法、生物膜法等，形成联
废水处理高级氧化技术药剂研究考核试卷
B.等离子体氧化法
C.超临界水氧化法
D.湿式空气氧化法
15.以下哪些条件可以促进高级氧化过程中氧化剂的产生？（）
A.提高温度
B.降低pH值
C.增加反应时间
D.使用催化剂
16.以下哪些高级氧化技术适用于处理低浓度有机物废水？（）
A.光催化氧化法
B.等离子体氧化法
C.超临界水氧化法
D.电催化氧化法
9.高级氧化技术处理废水时，哪种条件有利于提高处理效果？（）
A.低pH值
B.高pH值
C.低温度
D.高压力
10.下列哪种氧化剂可以用于处理含有氰化物的废水？（）
A. H2O2
B. KMnO4
C. ClO2
D. Na2O2
11.在高级氧化技术中，哪种方法可以处理废水中的重金属离子？（）
A. Fenton氧化法
二、多选题（本题共20小题，每小题1.5分，共30分，在每小题给出的四个选项中，至少有一项是符合题目要求的）
1.高级氧化技术主要适用于以下哪些类型的废水处理？（）
A.难降解有机物废水
B.高浓度有机物废水
C.重金属离子废水
D.低浓度有机物废水
2.以下哪些因素会影响高级氧化技术的处理效果？（）
A.氧化剂的种类
A. Fenton氧化法
B.湿式空气氧化法
C.超临界水氧化法
D.生物氧化法
2.下列哪种氧化剂在废水处理中具有最高氧化还原电位？（）
A. H2O2
B. KMnO4
C. ClO2
D. O3
3.高级氧化技术中，光催化氧化法的催化剂通常是什么材料？（）
A.金属
B.金属氧化物
C.纳米材料
污水处理技术中的高级氧化技术方法你知道几种
污水处理技术中的高级氧化技术方法你知道几种高级氧化技术（Advanced Oxidation Processes，AOPs）是一种用于处理难降解有机污染物的先进水处理技术。
它在水处理过程中通过氧化反应来去除有机污染物，并降低水体中有毒物质的浓度。
以下是几种常见的高级氧化技术方法：1. 臭氧氧化法（Ozone Oxidation）：臭氧被广泛应用于水处理过程中，可以有效去除有机物、微生物和色度等污染物。
臭氧氧化采用氧化反应，生成具有较高氧化能力的活性氧物种，如超氧自由基（O2-）、羟基自由基（·OH）等，从而有效降解有机污染物。
2. Fenton反应（Fenton Reaction）：Fenton反应是一种通过加入过氧化氢和铁盐催化剂来产生高度活性羟基自由基（·OH）的氧化方法。
在Fenton反应中，过氧化氢和铁盐在适宜的条件下反应，产生大量的羟基自由基，进一步降解有机污染物。
3. 光催化氧化（Photocatalytic Oxidation）：光催化氧化是利用半导体催化剂吸收光能进行氧化反应的技术。
常用的光催化剂有二氧化钛（TiO2）、锌氧化物（ZnO）等。
当光催化剂吸收光能后，激发电子从价带跃迁至导带，并在催化剂表面发生氧化还原反应，生成高度活性的羟基自由基和超氧自由基等。
这些活性物种可以降解或转化有机污染物。
4. 过氧化氢氧化法（Hydrogen Peroxide Oxidation）：过氧化氢是一种氧化性较强的物质，在高级氧化技术中广泛应用。
过氧化氢氧化法通过加入适量的过氧化氢来氧化有机污染物，产生氢氧自由基（·OH）等活性物种，进而降解污染物。
5. 电化学氧化法（Electrochemical Oxidation）：电化学氧化法采用电化学反应来将有机污染物氧化为无害的产物。
主要有两种方式：电化学氧化还原（Electrochemical Redox）和电解（Electrolysis）。
高级氧化技术处理难降解有机废水的应用
高级氧化技术处理难降解有机废水的应用高级氧化技术是一种通过产生高活性氧自由基来降解有机废水的方法。
在这个过程中，氧气或氧化剂与废水中的有机物接触，产生活性氧自由基（如羟基自由基、超氧阴离子等），并通过氧化反应将有机物降解为水和二氧化碳等无害物质。
高级氧化技术具有高效、环保、无二次污染等优点，因此被广泛应用于处理难降解有机废水。
高级氧化技术包括光催化氧化、臭氧氧化、超声波氧化、电化学氧化等。
光催化氧化技术是利用光催化剂吸收光能，产生活性氧自由基，从而降解有机废水。
常用的光催化剂有二氧化钛、氧化锌等。
臭氧氧化技术是将臭氧氧化剂加入废水中，利用臭氧分解有机物，同时产生羟基自由基进行氧化反应。
超声波氧化技术是利用超声波的高频振动产生强大的剪切力和局部高温，使废水中的有机物分子断裂，从而加速氧化反应的进行。
电化学氧化技术则是通过电解将废水中的有机物氧化为无害物质。
高级氧化技术在处理难降解有机废水方面具有广泛的应用。
它可以用于处理含有苯、甲醛、染料、农药等难降解有机物的废水。
在印染、制药、化工等行业中，废水中含有大量的有机物，传统的生化处理方法往往无法彻底降解这些难降解有机物，而高级氧化技术则可以有效地将这些有机物氧化为无害物质。
高级氧化技术还可以用于处理含有重金属的废水，通过将有机废水中的有机物氧化为无害物质，从而达到去除重金属的目的。
高级氧化技术是一种高效、环保的处理难降解有机废水的方法。
它可以应用于各个行业的废水处理，能够有效地将有机废水中的难降解有机物氧化为无害物质，达到净化水环境的目的。
随着技术的不断发展和改进，相信高级氧化技术将会在废水处理领域发挥更加重要的作用。
难降解有机污染物的处理新方法
难降解有机污染物的处理新方法有机污染物是指含有碳元素的化合物，这些化合物通常来源于工业废水、农业化肥和日常生活污水等。
当前，全球各地面临着日益严重的水污染和土壤污染问题，其中难降解有机污染物由于其结构复杂、稳定性强、降解周期长而引起了广泛关注。
而如何有效处理这些污染物，已成为环境科学研究的重要课题。
本文将探讨几种难降解有机污染物的处理新方法，以期为相关领域提供参考。
一、难降解有机污染物的特征难降解有机污染物通常具有以下几个特征：分子结构复杂：许多污染物包含多个芳香环或特定的功能团，使其难以被微生物降解。
抗环境作用强：这类化合物对温度、pH和氧气浓度等环境条件具有较强的耐受力。
毒性及致癌性：某些有机污染物如多环芳烃（PAHs）、持久性有机污染物（POPs）等，具有较高的生物毒性及致癌性，危害人类及生态环境。
因此，研究有效的处理技术，对于保护生态环境与人类健康至关重要。
二、传统处理方法局限性在处理难降解有机污染物方面，传统技术如物理法（吸附）、化学法（氧化还原反应）和生物法（需氧/厌氧处理等）虽然能够在一定程度上降低这些物质的浓度，但也存在明显的局限性：物理法：一般适用于较低浓度与可吸附的污染物，对于高浓度及亲水性较强的化合物效果不佳。
化学法：虽然能迅速有效地降低某些成分，但成本高且产生二次污染风险。
生物法：对难降解有机污染物降解效率低，且受微生物种类及环境因素影响较大，使用范围受到限制。
目前，环境科学家们逐步将目光转向一些新兴技术来应对这一问题。
三、新兴处理方法（一）高级氧化技术高级氧化技术（AOPs）是一种通过产生高活性的自由基来降解有机污染物的方法。
常见的高级氧化方式包括Fenton反应、臭氧氧化和紫外光照射等。
这类技术具有以下优势：快速降解：能够在短时间内显著降低水中有机污染素浓度。
广谱适应性：对多种类型的有机污染物均有较好去除效果，包括苯类、酚类等难降解化合物。
灵活操作：可以结合多种反应介质，改善系统稳定性与处理效率。
光催化氧化技术在水处理中的应用
光催化氧化技术及其在水处理中旳应用摘要: 简介了光催化氧化旳机理及光催化氧化反应旳重要影响原因, 就TiO2固定化制备、改性、光催化氧化在工业废水以及饮用水处理中旳应用进行了论述。
关键词: 光催化氧化Ti02光催化剂水处理1 引言光催化氧化法是近二十年才出现旳水处理技术, 1972年, Fu—jishima和Honda报道了在光电池中光辐射Ti02可持续发生水旳氧化还原反应, 标志着光催化氧化水处理时代旳开始。
1976年, Carey等在光催化降解水中污染物方面进行了开拓性旳工作。
光催化技术具有反应条件温和、能耗低、操作简便、能矿化绝大多数有机物、可减少二次污染及可以用太阳光作为反应光源等突出长处[1], 在难降解有机物、水体微污染等处理中具有其他老式水处理工艺所无法比拟旳优势, 是一种极具发展前途旳水处理技术, 对太阳能旳运用和环境保护有着重大意义。
2 光催化氧化原理光催化氧化还原以n型半导体为催化剂, 如TiO2.ZnO、Fe2O3.SnO2.WO3等。
TiO2由于化学性质和光化学性质均十分稳定, 且无毒价廉, 货源充足, 因此光催化氧化还原清除污染物一般以TiO2作为光催化剂。
光催化剂氧化还原机理重要是催化剂受光照射, 吸取光能, 发生电子跃迁, 生成“电子—空穴”对, 对吸附于表面旳污染物, 直接进行氧化还原, 或氧化表面吸附旳羟基OH-, 生成强氧化性旳羟基自由基（OH）将污染物氧化[2]。
当用光照射半导体光催化剂时, 假如光子旳能量高于半导体旳禁带宽度,则半导体旳价带电子从价带跃迁到导带, 产生光致电子和空穴。
水溶液中旳OH- 、水分子及有机物均可以充当光致空穴旳俘获剂, 详细旳反应机理[3]如下（以TiO2为例）:TiO2 + hν→h+ + eh++ e- →热量H2O →OH- + H+h+ + OH-→OHh+ + H2O + O2- →·OH + H+ + O2-h+ + H2O →·OH + H+e- + O2 →O2-O2- + H+ →HO2·2 HO2·→O2 + H2O2H2O2 + O2- →OH + OH- + O2H2O2 + hν→2 OHMn+(金属离子) + ne+ →M3 光催化氧化反应旳重要影响原因3.1催化剂性质及用量可用于光催化氧化旳催化剂大多是金属氧化物或硫化物等半导体材料, 如TiO2.ZnO、CeO2.CdS、ZnS等.在众多光催化剂中, Ti02是目前公认旳最有效旳半导体催化剂, 其特点有：化学性质稳定, 能有效吸取太阳光谱中弱紫外辐射部分, 氧化还原性极强, 耐酸碱和光化学腐蚀, 价廉无毒, 本文重要简介TiO2。
废水中难降解有机物的高级氧化技术
废水中难降解有机物的高级氧化技术废水中难降解有机物的高级氧化技术随着工业化进程的加快，废水处理已经成为了环境保护的重要组成部分。
废水中含有大量的有机物，其中一部分是难以降解的。
这些难降解有机物不仅会对环境造成严重的污染，还会给人类健康和生态系统带来威胁。
因此，研究和开发有效的废水处理技术非常重要。
高级氧化技术作为一种先进的废水处理方法，具有很大的潜力。
高级氧化技术是一类基于强氧化剂产生的自由基对有机物进行反应降解的技术。
其工作原理是通过产生强氧化剂，如过氧化氢、臭氧、氢氧化物离子等，来引发反应。
在反应中，强氧化剂能够破坏有机物的化学键，使其分解成低分子量的化合物或无害的化合物。
相比传统的废水处理技术，高级氧化技术具有降解效率高、降解范围广、反应速度快等优点。
在高级氧化技术中，臭氧氧化是一种常用的方法。
臭氧是一种具有很强氧化能力的氧化剂，常被用于水处理领域。
在臭氧氧化过程中，臭氧分子能够与有机物发生直接反应，将其氧化分解。
此外，臭氧也能通过产生自由基来进一步破坏废水中的有机物。
臭氧氧化技术主要适用于难降解的有机物，例如：含有双键结构的化合物、芳香族化合物、氨基酸等。
过氧化氢氧化是另一种高级氧化技术。
过氧化氢是一种绿色环保的氧化剂，可以迅速分解为氧和水。
过氧化氢氧化适用于废水中的难降解有机物降解，尤其是含有酚、酮、醛等结构的化合物。
在过氧化氢氧化过程中，过氧化氢能够与有机物反应产生过氧基自由基，进而对有机物进行氧化降解。
此外，还有一种常用的高级氧化技术是光催化氧化。
光催化氧化利用了紫外或可见光照射下半导体材料产生的电子空穴对有机物进行反应。
在光催化氧化中，光生电子和空穴能够参与有机物的氧化还原反应，实现有机物的分解和降解。
光催化氧化技术适用于多种难降解有机物，例如含有氮、磷、硫等元素的有机化合物，如农药、染料等。
高级氧化技术在废水处理领域发展迅速，取得了一系列成果。
然而，由于废水中的有机物种类繁多且复杂，高级氧化技术在实际应用中仍面临一些挑战。
TiO2
关键 词 ：Ｔ ｉ Ｏ ；光催化氧化 ； 水处理
中图分类 号 ：０ ６ ４ ３ ， Ｘ ７ ９ １
文献标 志码 ：Ａ
文章编 号 ：１ ０ ０ １ — ９ ６ ７ ７ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ８ — ０ ０ １ ２ — ０ ３
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｐｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｏ ｎ Ｔｉ Ｏ２ Ｐｈ ｏ ｔ ｏ ｃ ａ ｌ ｙ ｔ ｉ ｃ Ｏｘ ｉ ｄａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｔｅ ｃ ｈｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ
岳俊楠 ，杨 明沁 ，张伟 红
（ １天津 工业 大学环 境与化 学工程 学 院 ，天 津 ３ ０ ０ ３ ８ ７ ；２天 津工 业 大学 中空纤 维膜 材料 与 膜过 程省 部共 建 国 家重 点 实验 室培 育基 地 ，天 津 ３ ０ ０ ３ ８ ７ ）
摘 要 ：Ｔ ｉ Ｏ ： 光催化技术既可应用于难降解废水的预处理，提高废水的可生化性 ；同时，该技术还可应用于难降解废水经
ｂ ｉ ｏ ｃ ｈ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ ｔ ｒ ｅ ａ ｔ ｍｅ ｎ ｔ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ，ａ ｓ ｗｅ ｌ ｌ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｓ ｌ ｉ ｇ ｈ ｔ ｌ ｙ ｐ ｏ ｌ ｌ ｕｔ ｅ ｄ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｔ ｒ ｅ ａ ｔ ｍｅ ｎ ｔ ． Ｔｈ ｅ ｂ ａ ｓ ｉ ｃ ｐ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ｏ ｆ Ｔｉ Ｏ２ ｐｈ ｏ ｔ ｏ ｃ ａ ｔ ａ ｌ ｙ ｔ ｉ ｃ ｏ ｘ ｉ ｄ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ ｉ ｔ ｓ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｔ ｒ ｅ ａ ｔ ｍｅ ｎ ｔ ｗｅ ｒ ｅ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ．Ｔ ｈｅ ａ ｐｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｄ ｙ ｅ ｗａ ｓ ｔ ｅ ｗａ ｔ ｅ ｒ ，ｗａ ｓ ｈ ｅ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｔ ａ ｎ ｔ ｗａ ｓ ｔ ｅ ｗａ ｔ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｐｈ ａ ｒ ｍａ ｃ ｅ ｕ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｗａ ｓ ｔ ｅ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｏ ｆ Ｔ ｉ Ｏ２ ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｃ ａ ｔ ａ ｌ ｙ ｔ ｉ ｃ ｏ ｘ ｉ ｄ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｗｅ ｒ ｅ ｍａ ｉ ｎ ｌ ｙ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ． Ｔｈ ｅ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｅ ｘ ａ ｍｐ ｌ ｅ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｉ ｓ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎｏ ｌ ｏ ｙ ｇ ｗｅ ｒ ｅ ｂ ｒ ｉ ｅ ｌ ｆ ｙ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄｕ ｃ ｅ ｄ ａ ｔ ｈ ｏ ｍｅ ａ ｎ ｄ ａ ｂ ｒ ｏ ａ ｄ ｉ ｎ ｒ ｅ ｃ ｅ ｎ ｔ ｙ ｅ ａ ｒ ｓ ．
生物洗涤塔+光催化氧化
生物洗涤塔+光催化氧化
生物洗涤塔和光催化氧化是两种常见的污水处理技术，可以结合使用以提高污水处理效果。
生物洗涤塔是一种利用微生物降解有机物的生物处理方法。
在生物洗涤塔中，污水通过填料层或生物膜来提供生物附着表面，微生物在这些表面上生长繁殖，分解有机物。
这种方法可以有效去除污水中的有机物和部分氮、磷等污染物，并且具有较低的运营成本和可持续性。
光催化氧化是利用光催化剂在紫外线照射下产生的活性氧（如羟基自由基）对有机物进行氧化降解的技术。
常用的光催化剂包括二氧化钛（TiO2）。
光催化氧化可降解难降解的有机物，具有高效、无二次污染以及对多种污染物具有一定的适用性等优点。
通过将生物洗涤塔和光催化氧化结合使用，可以充分利用两种技术的优点，提高污水处理效果。
生物洗涤塔可以先进行有机物的初步降解和净化，然后将经过生物处理后的污水进一步处理，利用光催化氧化技术对残存的有机物进行进一步降解。
这种结合使用的方法可以提高有机物的去除效率，并且可以处理一些难降解的污染物。
光催化氧化技术在化工废水处理中应用论文
光催化氧化技术在化工废水处理中的应用【摘要】光催化氧化技术适用范围广，处理效果好，处理成本低，反应条件易控，无二次污染，尤其适用于含难降解有机污染物的化工废水的处理。
本文就主要对光催化氧化技术的原理、特点、催化剂类型及其在化工废水处理中的应用进行综述，以供参考。
【关键字】光催化，氧化技术，化工，废水处理，实践应用中图分类号：tf703.5+1文献标识码： a 文章编号：一．前言为治理废水污染，保护水环境，人们经过长期努力，已经建立了许多净化处理废水的技术方法，并已广泛应用于实际的废水处理工程中，这些技术方法通常可以分为物理法、化学法、物化法、生化法等。
常用的技术方法各有自身的优点，同时也不同程度地存在着某些不足之处。
例如,有的技术方法对难降解污染物净化不彻底、处理速度慢，而有的可能造成二次污染，有的设备投资大、处理费用高等。
随着国家推进削减主要污染物排放总量工作的开展以及逐步提高污染物排放标准，现有的技术方法难以满足更高的要求，因此有必要探索更加经济有效、便于推广应用的新技术。
光催化氧化技术原理光催化氧化技术利用光激发氧化将o2、h2o2等氧化剂与光辐射相结合。
所用光主要为紫外光，包括uv-h2o2、uv-o2等工艺，可以用于处理污水中chcl3、ccl4、多氯联苯等难降解物质。
另外，在有紫外光的feton体系中，紫外光与铁离子之间存在着协同效应，使h2o2分解产生羟基自由基的速率大大加快，促进有机物的氧化去除。
所谓光化学反应，就是只有在光的作用下才能进行的化学反应。
该反应中分子吸收光能被激发到高能态，然后电子激发态分子进行化学反应。
光催化氧化还原以n型半导体为催化剂，如tio2、zno、fe2o3、sno2、wo3等。
tio2由于化学性质和光化学性质均十分稳定，且无毒价廉，货源充分，所以光催化氧化还原去除污染物通常以tio2作为光催化剂。
光催化剂氧化还原机理主要是催化剂受光照射，吸收光能，发生电子跃迁，生成“电子—空穴”对，对吸附于表面的污染物，直接进行氧化还原，或氧化表面吸附的羟基oh-，生成强氧化性的羟基自由基oh将污染物氧化。
高级氧化技术处理难降解有机废水的研究
高级氧化技术处理难降解有机废水的研究随着经济的快速发展和工业的快速扩张，废水污染已经成为一个严重的环境问题。
尤其是一些含有难降解有机物的废水，如印染、制药和化工等行业的废水，其处理难度更大。
传统废水处理技术无法彻底降解这些有机物，因此需要寻找新的高效处理方法。
高级氧化技术是一种将氧化剂与废水中的有机物相互作用的技术。
其中，常见的高级氧化技术包括光催化氧化（PCO）、臭氧氧化（O3）、超声波氧化（USO）和电化学氧化（ECO）等。
这些技术能够通过产生高活性的自由基，将有机物逐步降解为无害的物质。
光催化氧化是一种利用光照射和催化剂协同作用的氧化技术。
研究人员通过将半导体催化剂（如二氧化钛）引入废水中，利用光照射激发催化剂表面的电子，形成自由基并与有机物发生反应。
该技术具有降解效率高、无二次污染和操作简便等优点，但存在催化剂的选择性和光照条件的限制。
臭氧氧化是一种利用臭氧气体与有机物发生反应的氧化技术。
臭氧具有强氧化性，可以迅速降解有机物。
臭氧氧化技术在水处理中被广泛应用，但也存在一些问题，如臭氧的产生和稳定性的问题，以及降解产物的毒性等。
超声波氧化是一种通过超声波的机械作用使废水中的有机物发生氧化反应的技术。
超声波在液体中产生的高压和低压区域会产生气泡，这些气泡在破裂时会形成高温、高压和高速的物理效应，产生自由基从而进行氧化反应。
超声波氧化技术具有操作简单、反应速度快的特点，但需注意超声波能耗高、反应系统失稳等问题。
电化学氧化是一种利用电流电解废水，使废水中的有机物发生氧化反应的技术。
电化学氧化技术通过电解池中的电极产生的氧化还原反应，将有机物降解为无害的物质。
该技术具有高效、无需添加化学剂等优点，但也存在电极腐蚀和电能转化效率低等问题。
针对废水中的难降解有机物，可以使用单一的高级氧化技术，也可以采用多个高级氧化技术的组合来处理。
多种高级氧化技术的组合可以充分利用各自的优点，提高废水处理的效果。
研究人员针对不同废水的特点，选择合适的高级氧化技术进行研究，并进行工艺优化，以提高降解效率和经济性。
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采用悬浮式 TiO2光催化膜反应器深 度净化纺织工业园区含亚甲基蓝印 染废水经生物处理二级出水，利用
中空纤维微滤膜进行催化剂截留分
离，研究催化剂投加量、运行时间、 溶解氧、搅拌方式对出水水质及膜
通量的影响。结果表明: 光催化会消
原反应
图1 半导体能带理论电子一空穴作用示意
图2 光照条件下TiO2载流子激发和退激活过程
图3 光生电子—空穴对的氧化还原机理
3.光催化反应的动力学
许多研究认为，半导体表面的光催化降解速率遵循经典的 Langmuir-Hinshelwood动力学模型。 ★ 其方程为：r=dC/dt=κKC/（1+KC） 其中： r是反应物的总反应速率； C是反应物的浓度；
目前国内工程实践中对印染废水的处理主要采用以生化法（厌氧
- 好氧系统）和物化法（混凝沉淀或气浮）为主体的二级处理工
艺，具有技术成熟、操作管理简便、运行费用较低等优点。
然而，近年来印染行业技术革新日新月异，普遍采用碱减量工艺，
人工合成聚乙烯醇(PVA)浆料和各种难降解、抗氧化的助剂大量 使用，印染废水有机物浓度大幅上升，可生化性进一步变差，使
王九思等进行了负载型TiO2光催化氧化降解甲基 橙的实验研究，实验中取一定量4 mg/L 的甲基橙
溶液，100 粒附载TiO2的玻璃珠为光催化氧化剂， 溶液深度为20 mm，在20 W 紫外线杀菌灯下照射1 h，光距调为110 mm，整个反应器套在铝箔罩内， 用分光光度计测其反应前后吸光度，即可求出脱 色率。在最佳实验条件下甲基橙的脱色率达到70% 以上，实验结果较理想。
TiO2光催化材料的特性
★ 原料来源丰富，廉价，但光致电子和空穴的分离转移速
度慢，复合率高，导致光催化量子效率低；
★ 光催化活性高（吸收紫外光性能强;禁带和导带之间能隙
大；光生电子的还原性和空穴的氧化性强）。只能用紫
外光活化，太阳光利用率低；
★ 化学性质稳定（耐酸碱和化学腐蚀），无毒。但粉末状 TiO2在使用的过程中存在分离回收困难等问题；
出较高的活性。
解决方法： ★贵金属沉积 ★复合半导体 ★离子掺杂修饰 ★表面光敏 ★表面还原处理 ★表面鳌合及衍生作用 ★超强酸化
三、 TiO2光催化氧化技术在处 理难降解有机废水中的应用
1、应用背景
近年来，随着石油化工、塑料、合成纤维、焦化、印染等行业的迅速发展，各
种含有大量难生物降解的有机污染物的废水相应增多，它们进入水体给环境造 成了严重的污染。
果，如果这些物质不加治理地向环境排放，势必严重地污染环境和威胁人类的 身体健康。随着工农业的迅速发展，人们合成了越来越多的有机物，其中难降 解有机物占了很大比例，因此难降解有机物的治理研究已引起国内外有关专家
的高度重视，是目前水污染防治研究的热点与难点。
EPA统计的光催化可降解有机物，2005年.如图
程沧沧等用 125W 荧光灯和 TiO2催化氧化某丝绸厂
实际印染废水 （COD420 mg/L，色度 200倍） 30min，脱色率 100%，COD 去除率 85.6% 。
吴峰等用絮凝 - 光催化氧化二级串联法对模拟活性 艳红X-3B 染料废水进行试验处理，取得了脱色率 100%、COD 去除率 80%的效果。
量差就是禁带宽度，也称为带隙能。在光照下，如果光子的能量大于半导体 禁带宽度，其价带上的一个电子就会被激发，越过禁带进入导带，同时在价
带上产生相应的空穴h+ 。光生电子具有很强的还原能力，而光生空穴具有
很强的氧化能力，它们可以直接复合释放出热能，也可迁移到半导体表面的 不同位臵，与表面的俘获位结合或与表面吸附的电子给体、受体发生氧化还
正方程为模型的硬模型方法，探讨了几个主要影响因素与光
降解速率的关系。研究者们通过对光催化氧化降解动力学的 研究，已经认识到主要因素对光催化反应的影响大多符合一 级反应或准一级反应，个别出现了零级反应的情况。
4.光催化剂TiO2的性质
★ TiO2作为一种n型半导体材料，它的带隙为3.2eV,只
能吸收波长小于400nm左右的紫外光，不能吸收可见 光，但其光催化活性高，具有良好的化学稳定性及耐 光腐蚀性，是比较理想的光催化剂，几乎可以氧化所 有的有机基团,图4和图5分别是常见的几种光催化材料
高永等采用MBR 与光催化氧化的耦合工艺处理纺织印染废水，希望克服现
有物化生化组合工艺出水水质难以达标、处理流程复杂、药剂投加量大、产泥 量高等缺点，为印染废水的处理及回用提供有效的途径。
首先将废水pH 调至中性，然后由 废水池经提升泵进入MBR。试验 滤膜采用膜孔径为0.22μm的聚偏 氟乙烯中空纤维微滤膜，膜面积 为0.25 m2。MBR 出水进入光催化 氧化槽，在氧化槽内与悬浮其中 的自制纳米级TiO2微粒充分得混合， 有机物在内臵的紫外灯照射下发 生降解，经光催化处理后排出。 该组合工艺COD、BOD去除率分 别达到了96%、98%，色度和浊度 也得到了显著降低。
难降解有机物是指被微生物分解时速度很慢，分解不彻底的有机物(也包括
某些有机物的代谢产物)，这类污染物易在生物体内富集，也容易成为水体的
有机磷农药、表面活性剂、有机染料等有毒难降解有机污染物。这些物质的共
潜在污染源。这类污染物包括多环芳烃、卤代烃、杂环类化合物、有机氛化物、
同特点是毒性大，成份复杂，化学耗氧量高，一般微生物对其几乎没有降解效
κ是反应物的反应速率常数；
K是反应物在催化剂上的吸附常数。
★
κ和K由反应体系中的许多方面的因素决定，包括催化剂的
用量、光照强度、反应物的初始浓度、反应温度、反应物的 物理性质以及气相氧浓度等；对于液相体系，还包括反应液 初始pH值；对于悬浮体系，还有反应器的几何半径、反应器 的经验参数；对于光电催化体系，还有外加电压的影响。 ★ 目前有关光催化降解的反应机理多数采用L-H方程及其修
理论，半导体的基本能带结构是由填满电子且有较低能量的满
带，称为价带(valence band，VB)和有较高能量的空带，称为 导带(conduction band，CB)；价带和导带之间为禁带，禁带宽 度称为带隙能，禁带之间不允许有电子存在。而且电子在填充 时，优先从能量低的价带填起。
2.半导体光催化的反应机理
图6 光催化可降解有机物
2、光催化氧化处理难降解废水的应用
制革废水 制药废水 农药废水 造纸废水
印染废水
应用 范围
含油废水
焦化废水
垃圾渗滤液 食品添加剂废水 表面活性剂废水
四、TiO2光催化氧化技术在处理 印染废水中的应用
4.1印染废水的特点
纺织印染行业是我国工业的一个重要组成部分, 但同时该行业也 是水污染大户,废水量约占整个工业排放量的35%。
而且无毒，无二次污染，在未来废水处理领域具有显著的优势。在众多 的可见光催化剂中，TiO2因其化学稳定性好、无毒、催化活性高、氧化
能力强、廉价成本低、耐光腐蚀等优势受到广泛的关注，一直处于光催
化研究的核心地位，成为解污染物具有速度快、无选择性、深度氧
★ 光催化技术是一种新兴的绿色水处理技术,具有反应条件温和、 能耗低、操作简便、能矿化绝大多数有机物和消除重金属污 传统的废水处理方法需要消耗大量的化学药品和电能，成本 高，工艺复杂，而且还会造成二次污染。
染、可减少二次污染及可用太阳光作为反应光源等突出优点。
引言
光催化氧化
★ 相比之下，采用可见光催化剂处理废水，效果显著，催化剂可重复使用，
化完全、能充分利用廉价太阳光和空气中的氧分子等优点，且其操作
条件容易控制，近年来越来越受到人们的广泛关注，已成为一种具有 广阔应用前景的水处理技术。
一、光催化技术的发展概况
1972年，Fujishima 在n－型 半导体TiO2电极上发现了水 的光催化分解作用，从而开 辟了半导体光催化这一新的 领域。
赵红花对TiO2光催化氧化技术在酸性紫红染料溶液 中做的研究表明, 酸性紫红染料水样在pH=8 左右脱
色效果较好, 并且在碱性条件下脱色率比在酸性条 件下脱色率高。添加微量H2O2水样脱色率在很短时 间内( 15min) 明显提高, 从31.30%增至96.67%。同时 添加微量H2O2与适量Fe3+水样脱色率明显高于只加 H2O2或只加Fe3+。
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，并且还含有苯环、胺基、偶氮基团等致癌物质，是我国目 前几种难治理的行业废水之一。 从整体的处理技术上来看,印染废水的成分差异性很大,很难归类求 同。总结为以下四点特征:水质水量变化大、可生化性能差、碱性大、 色度高。
4.2、国内印染水处理现状
的带隙能及带隙结构。
图4常见的光催化材料
-1
ENHE
CdS ZnO Fe2O3 WO3 TiO2 SrTiO3
1.1
0
2.4
2.2
3.2
1
Si
3.2
3.6
SnO2
H+/H2
2
3.03
2.8
O2/H2O
ZnS 3
4
3.8
.
图5各种常用半导体的能带宽度和能带边缘电位示意图（pH = 0）
优缺点
聂荣飞 2012040109
主要内容
一
光催化技术的发展概况
二
三 四
光催化氧化反应作用原理
TiO2光催化氧化技术在处理难降解有机废水中的应用
TiO2光催化氧化技术在处理印染废水中的应用
引言
光催化氧化
★ 光催化氧化法是通过氧化剂在光的激发和某些具有能带结构
的半导体光催化剂的催化作用下产生的〃OH氧化分解有机物。
得原先可以达到处理要求的传统二级处理工艺处理效果削弱，难
以达标排放。
4.3 TiO2光催化技术的研究进展