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TiO2半导体光催化剂在污水处理中的研究进展-济南超滤水处理设备
浏览: 发布日期:2017-06-13

摘要:tio2光催化氧化技术应用于环保领域已成为国际上该领域研究的热点之一。系统地介绍了tio2光催化剂在污水处理方面的最新发展状况和研究进展,同时对tio2光催化剂的固定化技术和新型光催化反应器的研发现状作了简要的概述。

关键词:光催化剂催化活性固定化反应器

随着经济的发展,环境污染越来越严重,特别是水资源污染已严重威胁着人类的健康,引起了人们的高度重视。在污水处理方面,以往常用的方法主要有[1]:过滤法、沉淀法、气浮法、化学混凝法等,但这些方法去除率低,净化很不彻底,而且对废水具有极大的选择性,而tioz半导体光催化氧化技术的出现克服了许多传统方法的不足,为污水处理提供了全新的思路[2-6],因具有如下的优点[7],已成为各国研究者研究的热点:(1)水中所含多种有机污染物均可被完全降解为co2、h2o等,无机污染物被氧化或被还原为无害物;(2)不需要另外的电子受体,如h2o2;(3)具有廉价、无毒、稳定及可重复使用等优点;(4)可以利用取之不尽、用之不竭的太阳能作为光源激活光催化剂;(5)装置结构简单、操作条件容易控制、氧化能力强、无二次污染。

1 ti02的光催化原理

ti02有3种晶体结构:板钛矿型、锐钛矿型、晶红石型。催化活性的次序为:锐钛矿型>晶红石型>板钛矿型。

tio2的禁带宽度随晶型不同而不同,锐钛矿型的禁带宽度(e套)为3.2ev、金红石为3.0ev,相对应的光谱吸收阀值为387nm 和413nm [8-9]。当用波长低于上述波长的光照射tio2时,将从ti02体内激发出自由电子(e一),从而在价带上留下空穴(h+),产生的电子(e一)和空穴(h+)与其表面吸附的o2/h2o等作用生成的·oh/·02有极强的氧化性,可氧化分解多种有机物,并且产生的自由电子有较强的还原能力,可还原金属离子,故ti02光催化技术在下列污水处理中均表现出良好的光催化降解效果。其光催化原理如图1所示[2]。

TiO2半导体光催化剂在污水处理中的研究进展-济南超滤水处理设备

 

2 ti02在污水处理方面的应用

2.1 染料废水的处理

染料废水色度高、浓度高、毒性大、难降解,且大多含有苯环、胺基、偶基团等致癌物质,对环境和人类危害极大,印染废水处理一直是废水处理中的一大难题。研究结果表明[10],在以纳米tio2为光催化剂,在可见光照射下,水溶性偶染料易发生光催化降解反应。在开放的光催化反应器中,以紫外光为光源,tio2为光催化剂,活性黄x-6g、活性艳蓝x-b及活性艳红x-3b等3种染料在催化降解75min后的cod去除率均达到了6o 以上[11]。张秀芳等[12]对tio2进行改性,改性后的光催化剂用量占整个溶液质量的0.2 ,hz0z用量为2 ,初始ph值为2~4,光照时问为120rain,对15mg/l的活艳蓝和]0mg/l的活性翠蓝进行光催化氧化降解,降解率分别为99.6 和99.8%,出水色度分别为12和1o,符合国家排放要求。

2.2 化工废水的处理

化工废水的基本特征为极高的cod、高盐度、对微生物有毒性,是目前水处理技术方面的研究重点和热点。大量研究表明[13],在不同的催化氧化条件下,以tioz为主的半导体光催化剂对常见的化工污染物都有较好的催化氧化效果。刘瑛等[14]采用tio2悬浮体系光催化氧化处理苯酚废水,当ti02用量为2g/l、ph值为3、连续曝气和搅拌条件下,用紫外光照2.5h后,苯酚(10rag/l)去除率达96 。众所周知,阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(sds)是一种极难降解的表面活性剂,在自然环境中光氧化降解缓慢,但赵玲等[15]报道:以自制的纳米tio2作光催化剂,在一定的催化条件下,经汞灯照射1.5h后,sds降解率可达到81 ,据红外图谱分析,光解后产物基本矿化。

2.3 农药废水的处理

农药一般分为杀虫剂和除草剂,危害范围广,在大气、土壤和水体停留时问长,对动、植物有极大危害。信欣等[16]以活性炭为载体,用sol-gel法制备了ti02/ac光催化剂,在水样体积为300ml,光照60min,初始反应液ph一2.0,催化剂用量为0.85g时,对含有敌敌畏的污水进行光催化降解处理,降解效率达92.2%。武正簧等[17]以铜丝为基底物镀上tioz薄膜,在一定的催化条件下,光照60min,氧化乐果和久效磷的光催化降解率高达8o 。利用光催化氧化降解农药不会生成其它有毒物质,无二次污染,具有其它方法无可比拟的优点。

2.4 含油废水的处理

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