污水處理中的光催化技術(shù)

2010年第4期廣東化工第37卷總第204期www.gdchem.com. 157.污水處理中的光催化技術(shù)鄔淑琴(通標標準技術(shù)服務(wù)(上海)有限公司，上海200233)[摘要]光催化技術(shù)是一種新興的高效 節能的污水處理技術(shù)。文章主要介紹了半導體光催化技術(shù)的作用機理，影響光催化效率的因素，包括半導體催化劑的品體結構、粒徑、催化劑用量、光強、有機圬染物濃度、pH.同時(shí)還介紹了提高光償化效事的方法以及光催化技術(shù)在污水處理中的應用。[關(guān)鍵詞]光催化; 催化機理;催化效率;污水處理[中圖分類(lèi)號]X5 [文獻標識碼]A[文章編1007-18652010)04-0157-04Photocatalytic Technology for Sewage TreatmentWu Shuqin(SGS, Shanghai 200233, China)Abstract: Photocalytic technology is a new energy eficint sewage treatment tchnology. The paper pesented a semiconductor optica catalytic role oftechnology, impact on the eficiency of photocatalytic factors, incuding the crystal structure of the semiconductor catalyst, size, the amount of calyst, light intensity,organie pllutant cocetration, pH. It also presented methods for improving the eficiency of photocatalytic rate and technology in the pplicaion of scwagetreatment.Keyworda: poatalyti; ctalytic mechanism; catytic eficicncy of sewage reatmeat目前,從污水中除去有害物質(zhì)的常用方法有混凝法、酸析子(e)，而在價(jià)帶(VB)上產(chǎn)生帶正電荷的空穴(h)。e與吸附在法、生物化學(xué)法、液膜分離法，顆?；钚蕴糠?GAC)等,但效TiO.顆粒表面上的02發(fā)生還原反應，生成0*, 02與進(jìn)一步果尚不理想，難以單獨應用",因此，發(fā)展新型實(shí)用的環(huán)保處反應生成H2O2,而H與H2O、OH發(fā)生氧化反應生成高活性的理技術(shù)是非常必要的。近年來(lái)，以太陽(yáng)能轉化和儲存為主要背OH, H2O2及 OH把吸附在TiO2表面上的有機污染物降解為景的半導體光催化特性的研究發(fā)展很快引,光催化降解水中污CO2. H20等,把無(wú)機污染物(簡(jiǎn)稱(chēng)為B)氧化或還原為無(wú)害物(簡(jiǎn)染物的研究近十幾年來(lái)也取得許多進(jìn)展"，該技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)稱(chēng)為B"反應歷程如圖1。是:水中所含多種有機行染物均叮被完全降解為CO>rH2O等，2影響光催化活性的因素無(wú)機污染物被氧化或還原為無(wú)害物;不需要另外的電子受體2.1晶體結構(如H2O2);光催化劑具有廉價(jià)、無(wú)毒、穩定及叮以取復使用等由于金紅石和銳鈦礦兩種晶體中T-0八面體的畸變程度優(yōu)點(diǎn);可以利用取之不盡用之不竭的太陽(yáng)能作為光源激活光催和八面體間相互聯(lián)接的方式不同，使得兩種晶型在密度及電子化劑。能帶結構上存在差別。金紅石型TiOz對O2的吸附能力較差，比1光催化反應機理表面積較小,光生電子和空穴容易復合，使催化活性受到一定影響;而銳鈦礦型TiO2由于晶格中存在較多的缺陷和位錯，能產(chǎn)生較多的氧空位來(lái)捕獲電子，因而活性較高。另外，焙燒溫催化劑辱粒度也影響光催化活性'),當焙燒溫度高于773 K時(shí)，由于籽還原反扈體晶粒的增大導致比表面積下降和相變產(chǎn)生的金紅石相增多，光催化活性逐漸降低，最終幾乎完全失去活性!6。銳鈦礦型和0i HOn(HOn+ B→B* +RO)金紅石型TiO2所構成的混合晶型的光催化活性往往比單一晶TO,型TiO2的光催化活性強，這可能是因為當二者以一-定比例共存R+03+ H0)時(shí)，相當于兩種半導體構成的復合半導體,可使光生空穴和電子發(fā)生有效分離，減少其復合的幾率，因此活性提高']。HO.OH"2.2粒徑TiO2粒子的尺寸越小， 比表面積越大,光吸收效率也越高，圈1 TiO光催化降解污染物的反應機理有利于光催化反應在表面上進(jìn)行,因此活性增強。有資料表明:Fig.1 Reaction mechanism of TiOz photocata lytic degradation晶粒尺寸從30 nm減小到10 nm, TiO2光催化降解笨酚的活性提國內外研究最多的光催化劑是金屬氧化物及硫化物，如.高近45 %8。當粒子的大小在1 ~ 10 nm時(shí),就會(huì )出現量子效應，TiO2、WO3. ZnO、Fe2O3、 CdS、Bi2O;等， 其中TiO2因其化禁帶明顯變寬，使空穴-電子對具有更強的氧化還原能力。但學(xué)穩定性高、耐光腐蝕，且具有較大的禁帶寬度(Eq=3.2eV)，隨著(zhù)尺寸最子化程度的提高，禁帶變寬，吸收譜線(xiàn)藍移,將導氧化還原電位高，光催化反應驅動(dòng)力大，光催化活性高，可使致TiO2光敏化程度變弱,對光能的利用率降低，同時(shí)粒度過(guò)細一些吸熱的化學(xué)反應在被光輻射的TiOz表面得到實(shí)現和加速，又容易發(fā)生二次凝集，不利于分散。因此，在實(shí)際應用中要選F的孔腺率、孔徑及其加之TiO,無(wú)毒、成本低，所以TiO2的光催化研究最為活躍)。分布中國煤化工面電荷、雜質(zhì)(純度)以半導體光催化反應機理"如閣l(TiO2為例)當能量大于或等于半導體帶隙能的光波(hu)輻射TiO2時(shí)，TiO2價(jià)帶(VB) 上的電子THCNMHG吸收光能(hu)后被激發(fā)到導帶(CB)上,使導帶上產(chǎn)生激發(fā)態(tài)電2.3催兒刑用星m[收稿日期] 209-12-12[作者簡(jiǎn)介]鄔淑琴(1981.), 女，本科,江西宜春人，主要從事客戶(hù)服務(wù)工作。廣東化工2010年第4期.160.www.gdchem.com第37卷總第204期[14)OhmoT, SaitoS, FuihanK, al. Bull Chem. SocJon, 2001, 69: 3059-3064.Oxidain, J PhysChem, 199 88: 4083. 4088.[5J)incai Zhao, Hidaka H, TakamuaA, et aI. Langnuir, 2000, 9: 1646-1650.[33]Pruden A L, llis D F, Degradation of Chloroform by Poassted[16]賀北平，王占生，張錫輝.半導體光催化氧化有機物的研究現狀及發(fā)Heterogencous Catalysis in Dlute Aqueous Suspensions of Ttanium展趨勢([]。環(huán)境科學(xué)，2005, 15(4): 80.Dioxide{]. 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Hydrogen Production and化工，2010, 37(4): 157- -160)(上接第156頁(yè))水帶氣量過(guò)大產(chǎn)生氣陽(yáng)，在凈化器頂部設置排氣管，排氣管高凈化器污泥斗必須最小容積: 0.75 m/hx5 h=3.75 m';度超過(guò)頂部2.0 m保持出水壓力。污泥斗高度: H=2.2 m;過(guò)濾器區高度: H=1.2 m。.凈化器行泥斗體積: V=l/3 X(1.3 mx13 mx3.14x22 m)=3.9 m';設計過(guò)濾速: =10 m/h,最大謔速可大于12 mh.凈化器污泥斗容積大于3.75 m',符合設計4~5 h排泥間隔。設計處理水量為: Q=rxr2xv=3.14x1.3 mx1.3mx10 m/h=533.4.3離心沉淀部分設計m/h;大于50 m'/h符合處理要求。污水已高速沿切線(xiàn)向進(jìn)入凈化器,產(chǎn)生旋轉離心力，使污3.4.5 清水區高度水中的絕大部分懸浮顆粒物甩向罐壁進(jìn)行固液分離，設計離心區清水區取高度H4=0.5 m。域高度為1.5 m。由f離心出來(lái)的水處于流動(dòng)方向不-樣，設計3.4.6 高煤水凈化器總高斜管下面的清水級沖區高度較高，讓水在層面上分布比較均勻，H g=H+H2+Hs+H=2.2+3.9+1.2+0.5=7.8 m流動(dòng)方向一致，流速比較穩定，取斜管底部緩沖區為1.0 m,斜4結論管本體高度為0.87 m;斜管頂部設0.5 m清水緩沖區。高效煤水凈化器用于火電廠(chǎng)含煤廢水處理回用效果很好，沉淀區高度: H=1.5+ 1.0+0.87+0.53-3.9 m。設備運行安全、穩定、可靠、操作簡(jiǎn)便、濾料無(wú)需更換、反沖3.4.4過(guò)濾部分設計過(guò)流部分采用輕質(zhì)泡沫濾珠過(guò)濾,輕質(zhì)泡沫濾珠在處理初洗周期長(cháng)，運行成本較低，具有顯著(zhù)的節水、節能及環(huán)境、社期由于密度小于水處于漂浮狀態(tài),漂浮的濾料在浮力作用下向會(huì )、經(jīng)濟效益。同時(shí)該凈化器也已成功應用于多家火電廠(chǎng)含煤上緊貼過(guò)濾上濾板，污水通過(guò)濾珠層時(shí)泥渣截留于濾珠表面。.廢水項目中，并將為火電J廢水“零排放”發(fā)揮更大的作用。當隨著(zhù)時(shí)間推移表面濾珠首先達到飽和，當濾珠飽和后濾珠表參考文獻面吸附的行泥使濾珠變重,濾珠呈濼浮狀態(tài)而脫離過(guò)謔層形成新過(guò)濾層表層，設備運行-端時(shí)間后大部分濾珠達到飽和，此時(shí)(1火中國煤化工社, DL: 500-94. 13-114.4有效過(guò)濾層變薄即過(guò)濾穿透，需要進(jìn)行反洗恢復濾珠潔凈狀態(tài)。(2)廣1426-200 10.過(guò)濾層結構:過(guò)濾層濾料厚度為0.8 m,濾料總空間高度:YHC N M H G學(xué)工業(yè)出版社, 2000 113為1.2 m.凈化器進(jìn)出水采用密閉低壓力式，凈化器高度較高，(本文文獻格式:孔柱文，胡淼高效煤水凈化器在火力發(fā)電廠(chǎng)隨著(zhù)處理過(guò)程不斷進(jìn)行，水不斷經(jīng)底部從頂部流出，壓力變化含煤廢水處理中的應用J.廣東化工, 2010, 37(4): 155- 156)使水中溶解氣體不斷溢出防止氣體聚集過(guò)多影響出水或者出