化工废水处理-光催化氧化技术

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1、光催化氧化一、概述在大多数情况下，光子的能量不一定刚好与分子的基态与激发态之间能量差值相匹配，在这种情况下，反应物分子不能直接受光激发，因此在某种程度上光催化氧化反应具有更大的利用价值。光催化氧化：均相光催化氧化非均相光催化氧化二、均相光催化氧化——光助FentonFenton试剂发展（Fe2+/H2O2）1894年，Fenton用于有机合成氧化苹果酸1964年，Eisenhouser将其用于处理苯酚及烷基苯1993年，Ruppert将紫外光照射引入Fenton处理4-CP，形成光助Fenton技术。其后，在处理有机废水上得到应用。二、均相光催化氧化光助Fenton反应机理二、均相光催化氧化

2、有机物浓度的影响亚铁离子浓度的影响过氧化氢浓度的影响不同载气的影响pH值的影响——初始反应控制在6.0以下温度的影响反应时间的影响光强的影响影响UV/Fenton反应的因素二、均相光催化氧化UV/Fenton反应的应用混凝沉淀法活性炭法生化法通过投加低剂量氧化剂来控制氧化程度，使废水中有机物发生部分氧化、偶合或聚合，形成分子量不太大的中间产物，从而改变它们的可生物降解、溶解性及混凝沉淀性，然后通过联用技术去除。与深度氧化相比，可大大节约氧化剂的用量，从而降低废水总的水处理成本。1、单独作为一种处理方法氧化有机废水2、与其它方法联用二、均相光催化氧化UV/Fenton反应的优缺点优点：光催化效

3、率高，氧化能力强，可处理高浓度、难降解、有毒有害废水。与多相光催化相比，其降解有机物的速率是多相光催化的3-5倍。降低Fe2+的用量，保持过氧化氢较高的利用率紫外光和亚铁离子对过氧化氢的催化分解存在协同效应：即过氧化氢的分解速率远大于亚铁离子或紫外光催化过氧化氢分解速率的简单加和。主要问题：成本高，Fe2+作为催化剂反应后会留在溶液中形成二次污染。三、多相光催化氧化——发展史1976年，Frank等研究了在TiO2多晶电极/氙灯作用下对二苯酚的降解。多相光催化氧化降解主要是指在污染体系中投加一定量的光敏半导体材料，同时结合一定能量的光辐射，使光敏半导体在光的照射下激发产生电子-空穴对，吸附在

4、半导体上的溶解氧、水分子等与电子-空穴对作用，产生羟基自由基，再通过与污染物之间的羟基加合、取代、电子转移等使污染物全部或接近矿化，最终生成CO2、H2O及其它离子如NO3-、PO43-、SO42-、Cl-等。光催化氧化在Frank研究的基础上，已推广到金属离子、其它无机物和有机物的光降解。三、多相光催化氧化——材料分类材料分类：根据固体物理的理论，在大量原子或分子结合成的晶体中，相似能级的电子轨道结合形成能带。一个能带内的电子轨道能级是连续的，并且如果这个能带不被充满，电子就很容易在能带内运动。价带：充满或部分充满价电子的能带（ValenceBandVB)导带：能带在基态时不存在电子的能带

5、（ConductionBondCB)禁带：价带顶和导带底的能量差Eg根据禁带宽度分为：导体——没有禁带半导体——禁带0.2-4ev（用光激发使价带电子跃迁）绝缘体——禁带5ev三、多相光催化氧化半导体材料半导体材料研究最多的是硫族化物，如TiO2、ZnO、CdS、WO3、SnO2,不同的光敏材料在水处理中表现为不同的光催化活性。TiO2光化学稳定性高、耐光腐蚀，并且具有较深的价带能级，可使一些吸热的化学反应在被光辐射的TiO2表面得到实现和加速，且TiO2价廉无毒。三、多相光催化氧化当能量等于或大于禁带的光照射半导体时，价带上的电子被激发跃迁到导带，同时在价带上产生相应的空穴，形成具有强活

6、性的电子——空穴对，其中光电子可以还原电子受体，而空穴则可夺取催化剂表面吸附的H2O,OH-、有机物等的电子，最终都有可能生成氧化能力极强的羟基自由基OH光催化反应机理三、多相光催化氧化存在问题电子-空穴对并不总是能导致光化学反应发生（1）自身或同其它吸附物发生化学发应（2）发生电子与空穴的复合或者通过无辐射跃迁消耗激发态能量（3）从半导体表面扩散到溶液中发生发应为了使光化学反应的高效进行，就是抑制电子-空穴对的复合，复合发生在ns或ps的时间内，预先吸附捕获剂在催化剂表面，界面电荷的传递和被俘获才有竞争性。三、多相光催化氧化——光催化剂TiO2TiO2的光催化活性晶型影响（1）锐钛型：禁

7、带宽度3.2ev（2）金红石型:禁带宽度3.0ev（3）板钛型:无光催化活性锐钛矿型光催化活性优于金红石型：（1）锐钛矿型具有较高的禁带宽度，使其电子空穴对具有更正或更负的电位，从而具有较高的氧化还原能力（2）在结晶过程中，锐钛矿型晶粒通常具有较小的尺寸和较大的比表面积（3）锐钛矿表面吸附H2O、O2及OH-的能力较强。三、多相光催化氧化——光催化剂TiO2TiO2的制备气相法气相水解法：以TiCl4为母体，