超声波-光催化降解处理含酚废水的实验研究.doc

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1、超声波-光催化降解处理含酚废水的实验研究摘要：选用TiO2作光催化剂，通过超声波-光催化氧化法处理苯酚溶液的实验研究，证实了超声波氧化法和光催化氧化法联合使用时存在协同作用，能比单独使用更有效地处理含酚废水，并确定了处理的最佳条件。关键词：超声波氧化法光催化氧化法含酚废水TiO2　　含酚废水的处理是目前大家关注的课题之一。近十几年发展起来的半导体光催化氧化处理技术，为解决这一难题提供了一种有效的方法。其中TiO2光催化活性高、水中稳定性好、无毒，在废水处理中具有较好的应用前景。超声波氧化法是声学与化学逐步交叉渗透，形成的一门崭新的水处理方法，已经逐步被引进环保领域用于治理含酚废水的

2、污染，并显示出优越性，被越来越多的学者所关注。但是光催化氧化法和超声波氧化法能有效处理低浓度含酚废水，而处理中高浓度的含酚废水时处理效果并不良好。因此，采用单一的处理方法，对含酚废水这样的难降解有机废水，出水很难达到理想的处理效率。本实验针对苯酚溶液作为模拟含酚废水，联合光催化氧化法和超声波氧化法处理方法考察两项技术之间的协同作用，寻求超声波-光催化降解含酚废水的适宜条件。　　1实验部分　　1.1试剂和仪器　　苯酚溶液（自制）；TiO2（重庆川东化工有限公司）；80-2B型离心沉淀器（盐城市科学仪器厂）；721型分光光度计（上海第三分析仪器厂）；马弗炉（沪南实验仪器厂）；探头式超声

3、波发生器（中国科学院声学研究所）；500W高压汞灯（上海欧威照明电器有限公司）。　　1.2实验方法　　将一定浓度的苯酚溶液400mL和一定质量的TiO2粉末加入到500mL烧杯中，打开曝气头的电源，向反应器通入空气1h进行搅拌和预曝气，使TiO2在溶液中均匀　　　　1.超声波发生器；2.换能器；3.探头；4.烧杯；5.高压汞灯；6.分析仪器；7.曝气装置　　图1　实验装置图5　　分散并提供反应所需的氧气，制成TiO2-苯酚溶液悬浊液。实验装置如图1所示。调节超声发生器的频率为18KHz，声强为11.94W/cm2（对应电功率135W，声功率54W）。实验过程中不调节反应液的温度，不

4、控制离子强度。在超声波辐照过程中向反应液中进行空气连续曝气，保持反应液处于氧气饱和状态。打开高压汞灯电源，紫外线照射反应液，并将高压汞灯预热5min后记录实验起始时间。光照一定时间后取样进行高速离心分离。取上层清液分析测定苯酚溶液在超声波-光催化反应前后的浓度变化。　　2结果与讨论　　2.1超声波氧化法和光催化氧化法联合的有效性　　各取0.6gTiO2粉末投加入400mL浓度为100mg/L的苯酚溶液中。通入空气搅拌1h，分别进行光催化氧化、超声波氧化和超声波-光催化氧化对模拟含酚废水5h进行处理。比较此三种方法在处理前后的苯酚废水的浓度变化，可得图2。　　　　图2　处理方法类型对

5、光解率的影响　　A代表光催化氧化法；B代表超声波氧化法；C代表超声波-光催化氧化法　　从图2可看出，仅使用高压汞灯在5h后只有17.2％的酚得到光催化降解，并不能完全处理含酚废水。超声波氧化处理含酚废水的处理效率也仅仅为28.1％，虽高于光催化降解的处理效率，但也不能完全处理含酚废水。因此超声波氧化法和光催化氧化法对处理中高浓度的苯酚溶液都有一定局限性。然而，将超声波氧化处理与光催化氧化处理相结合，实验结果表明，降解率将大大提高，可达到83.9%，分别高于光催化降解的处理效率和超声波氧化降解的效率。因此，超声波-光催化氧化处理含酚废水时存在协同作用。这是因为超声波能搅拌成块颗粒，形

6、成过氧化氢基和羟基，这将有助于光催化降解的进行。更重要的是光催化剂（TiO2粉末）的颗粒破碎化可增加固定颗粒的表面积，这样将在光催化剂浓度低的情况下改善光子的吸收，提供更多更有效的活性以增加羟基和其他氧化基团。　　然而，从图2同时可以看出，超声波-光催化降解含酚废水的提高程度并不是超声波降解含酚废水和光催化降解含酚废水的简单相加。这说明在高压汞灯和超声波协同作用中，颗粒破碎虽是主要原因，但不是唯一的原因。另外的主要原因是能使超声波去除催化剂表面中吸收物质以防止催化剂失活。表面清洗（即利用超声波的微流和微泡的爆裂作用去除在光催化降解反应中催化剂所吸收的有毒物质）对再激活催化剂表面的活

7、性区是相当必要。因为微流和微泡爆裂仅在使用超声波的瞬间出现，所以表面清洗仅在超声波的作用下能连续清徐。因此，对于高压汞灯和超声波的协同作用来说，表面清洗（催化剂颗粒消毒）是另一个主要控制因素。因此，由超声波产生的过氧化氢基可提高光催化降解反应。另一方面，羟基是光催化降解的主要原因，而超声波在水中可诱导这些基团的生成。　　因此，超声波-光催化氧化处理含酚废水时，能通过两者之间的协同作用比单独使用光催化氧化处理或单独使用超声波氧化处理更有效。5　　2.2初始浓度对含酚废水