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染料的光催化脫色技術廢水論文(編輯修改稿)

2026-07-17 00:24 本頁面

　

【文章內容簡介】方向之一。具體來說光催化技術有以下幾點意義：1）低溫深度反應：光催化氧化可在室溫下將水、空氣和土壤中有機污染物完全氧化成無毒無害的物質。而傳統的高溫焚燒技術則需要在極高的溫度下才可將污染物摧毀，即使用常規的催化氧化方法亦需要幾百度的高溫。2）凈化徹底：它直接將空氣中的有機污染物，完全氧化成無毒無害的物質，不留任何二次污染，目前廣泛采用的活性炭吸附法不分解污染物，只是將污染源轉移。3）綠色能源：光催化可利用太陽光作為能源來活化光催化劑，驅動氧化—還原反應，而且光催化劑在反應過程中并不消耗。從能源角度而言，這一特征使光催化技術更具魅力。4）氧化性強：大量研究表明，半導體光催化具有氧化性強的特點，對臭氧難以氧化的某些有機物如三氯甲烷、四氯化炭、六氯苯、都能有效地加以分解，所以對難以降解的有機物具有特別意義，光催化的有效氧化劑是羥基自由基（HO），HO的氧化性高于常見的臭氧、雙氧水、高錳酸鉀、次氯酸等。5）廣譜性：光催化對從烴到羧酸的種類眾多有機物都有效，美國環保署公布的九大類114種污染物均被證實可通過光催化得到治理，即使對原子有機物如鹵代烴、染料、含氮有機物、有機磷殺蟲劑也有很好的去除效果，一般經過持續反應可達到完全凈化。6）壽命長：理論上，催化劑的壽命是無限長的。光催化概述起來說就是光觸媒在外界可見光的作用下發生催化作用；光催化一般是多種相態之間的催化反應；光觸媒在光照條件（可以是不同波長的光照）下所起到催化作用的化學反應，統稱為光反應[20]。光催化氧化反應以半導體為催化劑，以光為能量，將有機物降解為CO2和水。在光照下，如果光子的能量大于半導體禁帶寬度，其價帶上的電子（e）就會被激發到導帶上，同時在價帶上產生空穴（h+）。激發態的導帶電子和價帶空穴又能重新合并，并產生熱能或其他形式散發掉。當催化劑存在合適的俘獲劑、表面缺陷或者其他因素時，電子和空穴的復合得到抑制，就會在催化劑表面發生氧化—還原反應。價帶空穴是良好的氧化劑，導帶電子是良好的還原劑，在半導體光催化反應中，一般與表面吸附的H2O，O2反應生成氧化性很活波的羥基自由基（?OH）和超氧離子自由基（?O2）。能夠把各種有機物氧化直接氧化成COH2O等無機小分子，而且因為他們的氧化能力強，使一般的氧化反應一般不停留在中間步驟，不產生中間產物。光降解通常是指有機物在光的作用下，逐步氧化成低分子中間產物最終生成COH2O及其它的離子如NOPO4Cl等[21]。有機物的光降解可分為直接光降解、間接光降解。前者是指有機物分子吸收光能后進一步發生的化學反應。后者是周圍環境存在的某些物質吸收光能成激發態，再誘導一系列有機物的反應。間接光降解對環境中難生物降解的有機污染物更為重要。水溶液中的光催化氧化反應，在半導體表面失去的電子主要是水分子，水分子經一系列的變化后產生氧化能力極強的羥基自由基?H，氧化各種有機物并使其礦化為CO2。在水溶液中利用光化學反應降解污染物的途徑，包括無催化劑和有催化劑參與的光化學氧化過程。前者多采用氧和過氧化氫作為氧化劑，在紫外光的照射下使污染物氧化分解；后者又稱光催化氧化，一般可分為均相和非均相催化兩種類型。均相光催化降解中較常見的是以Fe2+或Fe3+及H2O2為介質，通過photoFenton反應產生?H使污染物得到降解，非均相光催化降解中較常見的是在污染體系中投加一定量的光敏半導體材料，同時結合一定量的光輻射，使光敏半導體在光的照射下激發產生電子空穴對，吸附在半導體上的溶解氧、水分子等與電子空穴作用，產生?H等氧化性極強的自由基，再通過與污染物之間的羥基加和、取代電子轉移等式污染物全部或接近全部礦化[22]。光催化氧化技術在常溫常壓下進行，并且可利用太陽光作為光源。在早期有人曾對芳香族化合物及苯環上有取代的化合物進行光催化研究，確定多種有機物可以完全無機化，含硫、含氮、含磷的有機物在TiO2濁液中進行光催化氧化可完全無機化[23]。由此可見，光催化在有機污染物降解的技術非常有前途。光催化技術雖然已經在不少領域成功應用并表現出其優越性,在降解水污染物、節約能源、維持生態平衡等方面都有著很多的優點。但是光催化技術目前的應用研究，尚屬于起步階段，在實際應用中還存在諸多問題。反應機理和反應動力學，尋找高效光催化劑，反應器模型的設計，催化劑的固載化的工業化應用，降低成本等方面尚需作進一步的研究，跨學科的合作也有待加強。相信在不久的將來，這一技術能夠逐漸成熟、完善起來，為全球的可持續發展作出更大的貢獻。第四章印染廢水的光催化研究目前，我國印染企業大多屬于中小型企業，設備工藝落后，單位印染物耗水量大，廢水排放量大，水量水質變化劇烈，隨著化學纖維織物的發展和染整技術進步，PVA漿料、新型助劑等難生化降解有機物大量進入印染廢水中，COD濃度上升到2000～3000mg／L[24] 。其可生化性能差，含有多種有毒有害物質，在傳統生化處理系統中難以選擇、馴化、培養某種優勢菌種來適應水質水量變化和進行有效的降解。另外，生化處理系統設備多，占地面積大，工藝控制條件較為復雜，限制了生化法的廣泛采用。傳統的物理、化學方法也很難使印染廢水處理后達到排放標準。因此，新的聯用技術的開發引起了重視。其中，超聲波輔助光催化降解、超聲協同電化學等技術均有研究報道，且處理效果良好，具有可觀的應用前景。以利用太陽能為主的多相光催化氧化技術,對有機物的氧化具有廣譜性,能使之完全礦化并節約能源,是一種非常有前景的環境治理技術[25]。四磺酸鐵酞菁(FePcS)結構類似細胞色素P450,近年來作為光催化劑在處理廢水方面備受關注[26],但是均相催化存在小分子酞菁進入水中形成二次污染,酞菁化合物在溶液中易形成聚合體,降低其催化活性的問題。將酞菁負載在纖維上既可以提高其抗氧化能力,又可以減少二次污染,可實現重復利用。本文將FePcS負載到陽離子改性的棉纖維上,制得新型催化纖維。在可見光照射下,該催化纖維能催化H2O2氧化難降解的有機染料活性紅,并取得良好的催化效果[27]。 TiO2/活性炭光催化技術應用于印染廢水TiO2光催化劑材料近幾年來一直是材料學及催化科學研究的熱點。TiO2以其廉價無毒、腐蝕性小、無二次污染等諸多優點,被認為是當前最具有開發前景的綠色環保型光催化劑。通過對比實驗發現,單獨用TiO2降解有機物和單獨用活性炭對水中的有機物進行吸附的效果都遠遠次于TiO2/活性炭負載體系的處理效果。因為TiO2在進行光催化降解有機物時,首要條件就是將有機物分子吸附在催化劑的表面。本實驗條件下由于處理對象的濃度較低,TiO2光催化劑與有機物分子碰撞頻率較低,吸附作用進行的緩慢,限制了光催化反應的速率,對于TiO

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