BiVO4可見光催化處理成衣水洗廢水*

楊家添 陳 淵，2 劉國聰，2＊＊ 謝祖芳 李朝程

(1.玉林師范學院化學與材料學院，玉林，537000;2.玉林師范學院新材料研發(fā)和化學生物傳感技術所，玉林，537000)

BiVO4可見光催化處理成衣水洗廢水*

楊家添1陳 淵1，2劉國聰1，2＊＊謝祖芳1李朝程1

(1.玉林師范學院化學與材料學院，玉林，537000;2.玉林師范學院新材料研發(fā)和化學生物傳感技術所，玉林，537000)

成衣水洗廢水水質波動大、成分復雜，總體上屬于含有一定色度、一定量難生物處理物質的紡織有機廢水.因此，治理成衣水洗廢水勢在必行.BiVO4作為一種新型可見光催化劑得到了人們的廣泛關注，但以BiVO4為光催化劑用于模擬廢水處理的研究較多，將其應用于成衣水洗廢水等實際廢水處理的研究還鮮見報道.

本文采用自制的BiVO4對成衣水洗廢水進行處理，詳細考察催化劑用量、空氣流量、溶液pH值、助氧化劑H2O2、光照強度等因素對廢水光催化處理的影響，以期為開發(fā)成衣水洗廢水處理的新工藝提供參考.

1 實驗部分

1.1 廢水來源

本實驗廢水取自廣西玉林市福綿區(qū)某家成衣水洗廠的出水口，水樣混濁呈藍黑色，靜置沉淀后取上層水樣進行測定，其 CODCr為 961.97 mg·L－1，pH 值為 6.7，廢水在 460 nm 處的吸光度為 0.946.

1.2 成衣水洗廢水的處理反應

在自制帶有循環(huán)水的玻璃反應器中進行成衣水洗廢水光催化處理實驗.稱取0.2 g BiVO4(自制)加入到100 mL經靜置沉淀后的廢水中，避光攪拌30 min以達到吸附平衡，空氣通入流量為120 L·h－1，加入助氧化劑H2O21.0 mL，然后將其置于400 W金屬鹵化物燈(飛利浦亞明照明有限公司)下進行光催化處理，在實驗過程中不斷進行磁力攪拌，每隔30 min取樣1次，離心除去催化劑粉末后，取上清液測定其CODCr和吸光度.

2 結果與討論

2.1 催化劑用量對廢水光催化處理的影響

BiVO4光催化劑用量對光催化處理成衣水洗廢水的結果如表1所示.從表1可以看出，添加催化劑后，成衣水洗廢水的CODCr去除率明顯提高.不加催化劑時，光照反應180 min，成衣水洗廢水的CODcr去除率僅為50.32%.廢水的CODCr去除率隨著催化劑用量的增加從1.0 g·L－1時的75.85%增加到2.0 g·L－1時的 85.17%，但當 BiVO4光催化劑用量增加至3.0 g·L－1時，廢水的 CODCr去除率有所下降.實驗中最佳催化劑的用量為 2.0 g·L－1.

2.2 空氣流量對光催化處理的影響

空氣流量對光催化處理成衣水洗廢水的影響如表2所示.從表2可以看出，當空氣流量為120 L·h－1時，成衣水洗廢水的CODCr去除率最高.當空氣流量較大時，氧氣含量提高，被吸附在催化劑表面的氧(溶解氧)也越多，對光生電子的俘獲效果越好，處理效果得到提高.但當空氣的流量達到一定程度時，氧氣在催化劑表面的吸附趨于飽和，此時再增加氧流量，不會再提高處理的效果.相反，還可能使得氧氣與光接觸的幾率降低，降低其作為氧化劑的作用，使CODCr去除率下降.因此，實驗中選取空氣流量為120 L·h－1.

表1 BiVO4用量對廢水CODCr去除率的影響/%

表2 空氣流量對廢水CODCr去除率的影響/%

2.3 溶液的pH值對光催化處理過程的影響

溶液的pH值對光催化處理成衣水洗廢水的影響如表3所示.從表3可以看出，在中性和偏酸條件下廢水的CODCr去除率都較高，當pH=6.7(廢水的自然pH值)時CODCr去除率最高，達到85.17%，而當溶液為堿性時CODCr去除率較低.考慮到排放標準要求出水pH值在6—9之間，本試驗采用在廢水的自然pH值(pH=6.7)下進行處理反應.

2.4 助氧化劑H2O2用量對光催化處理過程的影響

表4是助氧化劑H2O2用量對光催化處理成衣水洗廢水的影響.由表4可知，不加H2O2時，光照反應180 min，成衣水洗廢水的CODCr去除率為57.99%，隨著H2O2的加入及用量的增加，廢水的CODCr去除率逐漸增大，但并不是H2O2量越大，CODCr去除效果就越好.當H2O2的加入量占廢水體積的1.0% 即1.0 mL時，其去除效果最佳，CODCr去除率達到85.17%，但繼續(xù)增加H2O2用量時，廢水CODCr去除率反而下降.因此，選用1.0 mL H2O2為宜.

表3 pH值對廢水CODCr去除率的影響/%

表4 H2O2的加入量對廢水CODCr去除率的影響/%

2.5 光照強度對光催化處理的影響

表5是光照強度對光催化處理成衣水洗廢水的影響.由表5可知，當光照距離從9 cm的增加到11 cm時，廢水CODCr去除率增大.表明減弱光照強度有利于處理反應進行，但當光照距離從13 cm增加到15 cm時，廢水CODCr去除率降低.因此，本試驗的光照距離以11 cm為宜.

表5 光照強度對廢水CODCr去除率的影響/%

在上述最佳條件下，對成衣水洗廢水的脫色率進行了研究，未添加催化劑時的廢水脫色率180 min后僅為82.53%，而用BiVO4進行光催化劑處理時，吸光度得到大幅度的降低，經180 min光催化反應后，成衣水洗廢水的脫色率達到97.55%，溶液幾乎無顏色.對所得的成衣水洗廢水處理CODCr去除數(shù)據(jù)進行一級動力學擬合，即按－ln(c/c0)=kt進行擬合，得到成衣水洗廢水CODCr去除的表觀動力學方程為:－ln(c/c0)=0.01283t+0.0015(R2=0.99453).在相同條件下，不加催化劑，進行空白對照實驗的動力學擬合，獲得成衣水洗廢水光催化處理CODCr去除的表觀動力學方程為:－ln(c/c0)=0.00435t+0.02238(R2=0.99311)，上述兩個過程的R2均接近1，可認為上述兩個反應均為一級反應，反應速率常數(shù)分別為0.01283 min－1、0.00435 min－1.添加 BiVO4催化劑進行反應后，反應速率常數(shù)增加了2.95倍，說明水熱制備的單斜晶系BiVO4晶體對成衣水洗廢水CODCr去除過程起到了明顯的催化作用.

3 結論

BiVO4具有較高的可見光處理成衣水洗廢水效率.在400 W金屬鹵化物燈離液面11 cm照射反應180 min的條件下，當BiVO4添加量為2.0 g·L－1，通氧量為120 L·h－1，助氧化劑H2O2添加量為1%，廢水自然 pH 值時，成衣水洗廢水的CODCr去除率為85.17%，脫色率為97.55%.其過程符合一級動力學反應，反應速率常數(shù)為0.01283 min－1，是未加催化劑時(0.00435 min－1)的2.95 倍.

2011年3月9日收稿.

*廣西教育廳科研項目(No.200808 LX406);玉林師范學院重點科研項目(No.2010YJZD13，2011YJZD14)資助.

＊＊通訊聯(lián)系人，E-mail:gcl_109@163.com