負(fù)載型TiO2固定相光催化降解含酚廢水的試驗(yàn)研究(1)

1、    負(fù)載型TiO2固定相光催化降解含酚廢水的試驗(yàn)研究(1)    ：以20W紫外燈為光源，研究了將TiO2粉末負(fù)載在硅膠顆粒上，對含酚廢水進(jìn)行光催化降解。由試驗(yàn)得出光催化反應(yīng)過程中的工藝條件，在此基礎(chǔ)上添加H2O2、Fe3 、Cu2 ，反應(yīng)1h后，苯酚的降解率達(dá)95%以上。 關(guān)鍵詞：含酚廢水 TiO2 光催化氧化 降解 化學(xué)工業(yè)與醫(yī)藥工業(yè)等排出的大量含酚廢水對環(huán)境造成的污染日益嚴(yán)重。酚類化合物不僅造成農(nóng)業(yè)和漁業(yè)的損失，而且危害人體健康，因此含酚廢水的處理顯得日益重。目前國內(nèi)外含酚廢水的處理常用方法主有物理法、化

2、學(xué)法和生化法。但處理效果都不是很理想，并且費(fèi)用都較高。用負(fù)載型TiO2固定相光催化降解含酚廢水 1 ，具有高效、節(jié)能、費(fèi)用低，最終能使有機(jī)物完全礦化 25 ，不存在二次污染等特點(diǎn)，顯示出了良好的應(yīng)用前景。1 實(shí)驗(yàn)部分1.1 儀器及試劑20W紫外燈（江陰市光電儀器有限公司），721型分光光度計(jì)（四川儀表九廠），pHS3C精密pH計(jì)（上海雷磁儀器廠）。4氨基安替比林（A·R，華東師范大學(xué)化工廠），鐵氰化鉀（A·R，西安化學(xué)試劑廠），氯化銨（A·R，北京化工廠）。含酚廢水取自某化工廠，來源為在該化工廠生產(chǎn)苯酚過程中，中和和酸化工序真空系統(tǒng)水力噴射泵用水時(shí)，由于苯酚溶解而

3、形成的含酚廢水，其CODCr為280mg·L-1，pH為5.6左右，濁度為8.5mg/L。負(fù)載型TiO2光催化劑的制備5：將洗凈烘干的硅膠顆粒浸入TiO2與硅酸鈉以一定比例配成的溶液中，使其均勻負(fù)載，取出自然干燥后，在馬福爐中300煅燒1h，降至室溫后，用水沖洗掉負(fù)載不牢的TiO2即可制得負(fù)載型TiO2光催化劑。1.2 分析方法采用4氨基安替比林分光光度法測定苯酚的含量。由試驗(yàn)可知，在該法中，廢水水樣吸收波長的最大峰值在510nm，且在該峰值時(shí)，水樣吸光度和濃度呈直線關(guān)系。試驗(yàn)選510nm，光解后，廢水水樣中苯酚的降解率可用下式表示：降解率=（A0-A）/A0×100%；其

4、中，A0表示含酚廢水水樣的初始吸光度，A表示含酚廢水水樣光催化降解后的吸光度。CODCr的測定采用重鉻酸鉀法。1.3 實(shí)驗(yàn)方法光催化反應(yīng)在自制反應(yīng)器中進(jìn)行，每次加入一定量的含酚廢水，反應(yīng)器底部鋪滿負(fù)載型TiO2催化劑，即可構(gòu)成試驗(yàn)用的固定床型光催化反應(yīng)器（見圖1）。反應(yīng)器套在鋁箔罩中，在紫外光照射下， 可任意調(diào)節(jié)光距，在穩(wěn)定的光源條件下反應(yīng)，隔一定時(shí)間取水樣測定其吸光度，即可求出在不同反應(yīng)條件下含酚廢水的降解率，并測其CODcr。圖1 實(shí)驗(yàn)裝置圖Fig.1 Experimental Instrument22 結(jié)果與討論2.1 試驗(yàn)條件的確定取含酚廢水水樣1L置于反應(yīng)器內(nèi)，試驗(yàn)條件如下：A：水樣

5、 TiO2； B：水樣 UV；C：水樣 TiO2 UV，反應(yīng)1h，每隔15min取一次樣，測苯酚降解率，結(jié)果如圖2。由圖2可知，C為最佳反應(yīng)條件，加入催化劑后，在紫外光照射下苯酚的降解速度加快，苯酚的降解率明顯增大，證明苯酚的降解以光催化氧化反應(yīng)為主6，進(jìn)一步說明TiO2催化氧化將有利于有機(jī)物的完全氧化。2.2 催化劑TiO2投加量對降解率的影響取含酚廢水水樣1L，置于反應(yīng)器中，在2.1中C條件下，投加不同量的催化劑（投加的量以反應(yīng)器底部面積來衡量，例如1/3表示催化劑均勻放置時(shí)所占底部面積的分?jǐn)?shù)），反應(yīng)1h后測定降解率，結(jié)果見圖3。從圖3看出，隨著催化劑投加量的增加，氧化反應(yīng)的速度逐漸加快，

6、苯酚降解率增大，說明TiO2催化劑有利于有機(jī)物分子氧化到CO2，催化劑投加量取剛好鋪滿底部為宜。2.3 光距對酚類降解率的影響在2.1的C條件下，在反應(yīng)器底部鋪滿催化劑，調(diào)節(jié)光距，在反應(yīng)1h的條件下，測定對苯酚降解率的影響，結(jié)果如圖4。由圖4可以看出，光距越小，苯酚的降解率越高。但光距太小，其光線部分會(huì)加熱反應(yīng)液使之溫度升高，并難以控制。但光距太大，會(huì)使降解率明顯下降。所以，光距選75mm較為合適。2.4 廢水pH對苯酚降解率的影響取含酚廢水水樣1L，置于底部鋪滿TiO2光催化劑的反應(yīng)器中，光距75mm，調(diào)節(jié)廢水pH為2、4、6、8、10、12，反應(yīng)1h后測定對酚的降解率，結(jié)果如圖5所示。由圖

7、5可知，pH為2、4、6時(shí)，苯酚降解率相差不大，pH為8、10時(shí)，降解率相差不大，只有pH為11、12時(shí)，苯酚降解率明顯下降，且在酸性條件下去除效果比在堿性條件下好。由于廢水pH為5.64，處在處理效果好的范圍內(nèi)，因而不必調(diào)節(jié)水樣pH值。            Immobilized TiO2 Fixed Phase Photocatalytic Degradation Experiment Research of Contain Phenol Waste 

8、0;       本篇論文是由3COME文檔頻道的網(wǎng)友為您在網(wǎng)絡(luò)上收集整理餅投稿至本站的，論文版權(quán)屬原作者，請不用于商業(yè)用途或者抄襲，僅供參考學(xué)習(xí)之用，否者后果自負(fù)，如果此文侵犯您的合法權(quán)益，請聯(lián)系我們。2.5 光助催化劑對苯酚降解率的影響2.5.1 添加微量H2O2對苯酚降解率的影響在2.4的試驗(yàn)條件下，取含酚廢水水樣1L，分A（TiO2 H2O2 UV），B（TiO2 H2O2）二種情況比較H2O2對降解率的影響，結(jié)果如圖6所示。由圖6可知，廢水水樣中添加微量H2O2（7.1×10-4mol/L），可以大大提高苯酚的降解

9、率。45min后苯酚降解率達(dá)到90%以上。僅加H2O2卻不用紫外燈照射的水樣反應(yīng)45min后，苯酚降解率僅為2.55%。這是由于H2O2一方面是電子的接受體，參與了電子的爭奪，阻止了TiO2表面光性電子空穴對的復(fù)合，能更多地產(chǎn)生具有很強(qiáng)氧化能力的·OH和O2-2，另一方面，H2O2在紫外燈作用下也能發(fā)生光解，產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的氫氧自由基，因而苯酚的降解效果明顯提高。2.5.2 添加微量H2O2和適量Fe3 對苯酚降解率的影響在2.4的試驗(yàn)條件下，取含酚廢水水樣1L，分A（TiO2 UV H2O2 Fe3 ）、B（TiO2 UV Fe3 ）二種情況比較H2O2 Fe3 對苯酚降解率的影響，

10、結(jié)果如圖7所示。由圖7可以看出，同時(shí)添加微量H2O2（7.1×10-4mol/L）和適量Fe3 （20mg/L）比僅加微量H2O2或僅加適量Fe3 處理效果好，45min降解率即達(dá)到95%以上。研究表明 7 ，在TiO2催化劑上，苯酚光催化氧化反應(yīng)過程中，測到的產(chǎn)物有鄰苯二酚、對苯二酚、反丁烯二酸、順丁烯二酸、草酸、甲酸及二氧化碳。產(chǎn)物分布隨時(shí)間的變化規(guī)律可分為三個(gè)階段：反應(yīng)初期階段，首先出現(xiàn)的是苯環(huán)的羥基化合物；第二階段出現(xiàn)的產(chǎn)物為苯環(huán)結(jié)構(gòu)破壞后的二元酸，第三階段為深度氧化階段，中間產(chǎn)物濃度銳減，產(chǎn)物以二氧化碳為主。苯酚氧化產(chǎn)物分布的三個(gè)階段，可以描述出苯酚氧化過程中有機(jī)結(jié)構(gòu)的降解

11、趨勢，即：苯酚苯環(huán)羥基化開環(huán)生成羧酸二氧化碳。2.5.3 添加微量H2O2和適量Cu2 對酚類降解率的影響在2.4的試驗(yàn)條件下，取含酚廢水水樣1L，分A（TiO2 UV H2O2 Cu2 ）、B(TiO2 UV Cu2 )兩種情況，比較H2O2 Cu2 對苯酚降解率的影響，結(jié)果如圖8所示。由圖8可以看出，水樣中同時(shí)添加微量H2O2和適量Cu2 （0.8mg/L），對苯酚降解率的影響作用和加H2O2 Fe3 的影響作用相差不多，但都比單獨(dú)添加微量H2O2處理效果好。2.5.4 不同條件下含酚廢水CODCr去除率的比較取含酚廢水水樣1L，置于底部鋪滿TiO2光催化劑的反應(yīng)器中，光距75mm，水樣p

12、H為5.6， 分A（TiO2 UV），B（TiO2 H2O2 UV），C（TiO2 H2O2 Fe3 UV），D（TiO2 H2O2 Cu2 UV）四種情況，比較CODCr去除率，其結(jié)果如表1所示。表1 含酚廢水CODCr去除率的比較Table 1 The Waste Water of Contain Phenol Compare of CODCr Remove Ratio    處理方式    處理前廢水CODCr（mg/L)    處理后廢水CODCr（mg/L)

13、0;   CODCr去除率（%）    A    280            B    280            C    280   

14、;         D    280        從表1可看出，在用TiO2光催化氧化含酚廢水過程中，添加H2O2、Fe3 和Cu2 有很好的助催化作用，其CODCr去除率達(dá)到90%以上。其原因可能是過氧化氫通過各種方式產(chǎn)生羥基自由基：H2O22OH·而羥基自由基是反應(yīng)中的活性物種，很容易與苯環(huán)反應(yīng)，生成二元羥基化合物，隨著氧化進(jìn)程的深入，碳鏈逐步斷裂的過程，最終產(chǎn)物是二氧化

15、碳            Immobilized TiO2 Fixed Phase Photocatalytic Degradation Experiment Research of Contain Phenol Waste         本篇論文是由3COME文檔頻道的網(wǎng)友為您在網(wǎng)絡(luò)上收集整理餅投稿至本站的，論文版權(quán)屬原作者，請不用于商業(yè)用途或者抄襲，僅供參考學(xué)習(xí)之用，否者后果自負(fù)，如果此文侵

16、犯您的合法權(quán)益，請聯(lián)系我們。8。添加Fe3 、Cu2 等金屬離子，從化學(xué)觀點(diǎn)看，由于金屬離子是電子的有效接收體，可捕獲導(dǎo)帶中的電子e-（以Fe3 為例：Fe3 e-Fe2 ），由于金屬離子對電子的爭奪，減少了TiO2表面光致電子e-與光致空穴h 的復(fù)合，從而使TiO2表面產(chǎn)生了更多的OH·和O22-，提高了催化劑的活性 9，10 。2.5.5 催化劑的活性試驗(yàn)將使用過的負(fù)載型TiO2催化劑用去離子水沖洗干凈，100烘干備用。其催化活性與前次使用時(shí)的催化活性相比較，結(jié)果表明，重復(fù)使用的負(fù)載TiO2催化劑催化活性沒有變化，并且每次試驗(yàn)結(jié)束后均未發(fā)現(xiàn)TiO2粉末的存在。因此，制得的負(fù)載Ti

17、O2光催化劑性能穩(wěn)定，粘接牢固，可以重復(fù)使用三次以上。3 結(jié)論綜上所述，用負(fù)載型TiO2光催化劑，在含酚廢水水樣pH=5.6左右，初始CODCr濃度為280mg/L，添加適量H2O2 Fe3 （或H2O2 Cu2 ），能明顯提高廢水的光催化降解率。并且催化劑性能穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)中該催化劑重復(fù)使用三次后并未檢測出活性明顯下降，在工業(yè)廢水處理過程中具有一定的開發(fā)應(yīng)用價(jià)值。    參考文獻(xiàn)    1 Goswami D Y.A review of engineering development of aqueous phase

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