催化臭氧氧化法在有機(jī)廢水處理中的應(yīng)用研究

摘 要：環(huán)境污染是制約我國(guó)可持續(xù)發(fā)展的重要問題，其中有機(jī)廢水是重要的污染物，如何有效處理有機(jī)廢水中的污染物是當(dāng)前刻不容緩的問題。納米TiO2-臭氧-光催化法為新型環(huán)保友好氧化技術(shù)，能夠在普通條件下將臭氧難以氧化的廢水中的有機(jī)物徹底氧化。文章首先介紹了納米TiO2-臭氧-光催化法的反應(yīng)原理，然后對(duì)納米TiO2-臭氧-光催化法在有機(jī)廢水處理中的應(yīng)用進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：催化臭氧氧化法；有機(jī)廢水；處理；應(yīng)用

近幾年來，隨著我國(guó)工業(yè)化水平的不斷提高，環(huán)境污染程度也在不斷加劇，從而嚴(yán)重影響了我國(guó)的生態(tài)環(huán)境，阻礙著我國(guó)可持續(xù)發(fā)展的進(jìn)程。對(duì)于含有大量復(fù)雜有機(jī)物，難以進(jìn)行生物降解的廢水，常規(guī)廢水處理技術(shù)難以凈化。納米TiO2-臭氧-光催化法為新型環(huán)保友好氧化技術(shù)，能夠在普通條件下將臭氧難以氧化的廢水中的有機(jī)物徹底氧化。研究發(fā)現(xiàn)，納米TiO2可在紫外光下對(duì)多氯聯(lián)苯進(jìn)行脫氯處理，實(shí)現(xiàn)多氯聯(lián)苯的降解[1]。資料顯示，將臭氧聯(lián)合上述光催化體系中能夠有效促進(jìn)生產(chǎn)·OH（羥基自由基）與·O2-（超氧化物自由基），其中·OH的氧化電位在臭氧氧化電位的35%以上，其反應(yīng)速率常數(shù)為106L/（mol·s）—109L/（mol·s），能夠有效降解有機(jī)廢水中難降解的有機(jī)物，甚至可以將其直接氧化成為H2O、CO2、無機(jī)鹽，并且不會(huì)形成二次污染[2]。

1 納米TiO2-臭氧-光催化反應(yīng)原理

納米TiO2-臭氧-光催化反應(yīng)的反應(yīng)原理見下列反應(yīng)式：

Hv + TiO2→e-+h+ （1）

H2O+h+→h++OH·（2）

OH-+h+→OH·（3）

O3+e-→O3·-（4）

O3·-+H+→HO3· （5）

HO3·→OH·+O2 （6）

Hv+O3→O2+O·（7）

H2O+O·→2OH·（8）

OH·+O3→O2+HO2·（9）

O2+e-→·O2-（10）

2HO2+2·O2-→2H2O2+O2（11）

e-+H2O2→OH-+·OH（12）

HO·/·O2-（或HO2·）→H2O+CO2+無機(jī)鹽（13）

在上述反應(yīng)中，在光的作用下，O3可部分分解為O·與O3·-，O·與O3·-可激發(fā)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)產(chǎn)生大量的·O2-與·OH自由基。資料顯示，TiO2與O3的起始濃度對(duì)納米TiO2-臭氧-光催化反應(yīng)起著重要的作用。納米TiO2-臭氧-光催化反應(yīng)的氧化能力主要源于O3分解生成的·OH，此外，臭氧具有較強(qiáng)的捕獲e-的能力，且e- 從TiO2向O3轉(zhuǎn)移的速度顯著快于e- 從TiO2向O2轉(zhuǎn)移的速度，從而使納米TiO2-臭氧-光催化反應(yīng)過程中生成大量的·OH。研究發(fā)現(xiàn)，在反應(yīng)過程中，O3極強(qiáng)的電負(fù)性可有效降低催化劑電子-空穴復(fù)合機(jī)率，在降低O3使用量的同時(shí)，增大了有機(jī)物的處理范圍，大大節(jié)約了處理有機(jī)廢水的成本[3]。

2 納米TiO2-臭氧-光催化反應(yīng)在有機(jī)廢水處理中的應(yīng)用

在我國(guó)，有機(jī)廢水是重要的污染物，并且傳統(tǒng)生化處理方法不但難以達(dá)到處理標(biāo)準(zhǔn)并且還會(huì)導(dǎo)致二次污染。資料顯示，有機(jī)廢水中主要含有種類繁多，成分復(fù)雜的難以降解的有機(jī)物。周琳琳等比較光催化、臭氧、TiO2光催化及納米TiO2-臭氧-光催化反應(yīng)等方法處理五氯苯酚的效果，結(jié)果表明，納米TiO2-臭氧-光催化反應(yīng)可有效去除五氯苯酚，且去除五氯苯酚的效率遠(yuǎn)高于光催化、臭氧、TiO2光催化等方法。在實(shí)驗(yàn)過程中，若降低五氯苯酚的初始濃度，可顯著提高其降解率。若增加臭氧濃度五氯苯酚的降解率也隨之升高，最高可達(dá)98.4%。在試驗(yàn)中，改變實(shí)驗(yàn)的pH值，五氯苯酚的降解率變化不大，說明酸堿度對(duì)臭氧-光催化-納米TiO2的影響不大[4]。Yeber等比較臭氧-光催化、臭氧-光催化-氧化鋅、納米TiO2-臭氧-光催化反應(yīng)、氧氣-光催化-氧化鋅、氧氣-光催化-TiO2等方法降解ECF漂白廢水的效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，上述方法均可不同程度地降低廢水中TOC、COD的濃度，且反應(yīng)后廢水中的可生化性指標(biāo)明顯增加，且納米TiO2-臭氧-光催化反應(yīng)對(duì)廢水中TOC、COD的降解率達(dá)80%、75%。在反應(yīng)進(jìn)行5min后，廢水中可生化性指標(biāo)即可達(dá)0.6，提示納米TiO2-臭氧-光催化反應(yīng)降解ECF漂白廢水的效果良好[5]。

3 結(jié)束語(yǔ)

近幾年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，納米TiO2-臭氧-光催化反應(yīng)已經(jīng)逐漸應(yīng)用于工業(yè)有機(jī)廢水的處理，但是該方法尚存在著臭氧溶解度低，TiO2易中毒、帶隙寬以及量子化效率低等問題，需要在今后繼續(xù)加大研究力度，不斷提高有機(jī)廢水處理水平，減少環(huán)境污染。

參考文獻(xiàn)

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[2]徐 .有機(jī)磷農(nóng)藥廢水處理方法研究進(jìn)展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，

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[4]史冉冉，王寶輝，苑丹丹.難降解有機(jī)廢水處理技術(shù)研究進(jìn)展[J].工業(yè)催化，2014，22（9）：665-670.

[5]Yeber Cristina M，Jaime Rodríguez，Juanita Freer，et al.Advanced oxidation of a pulp mill bleaching wastewater[J].Chemosphere，1999，39（10）：1679-1688.

作者簡(jiǎn)介：蔡瑋（1967，4-），女，漢，上海，大學(xué)本科，中學(xué)高級(jí)，水污染控制。