高浓度有机废水光触媒催化处理技术

高浓度有机废水光触媒催化处理技术

周燕娜

广东睿源环保科技有限公司523378

摘要：人们逐渐接受光催化技术，是因为它具有节能、高效、新兴、环保的特点，可应用于废水处理、消毒、空气净化等多个方面。本文从国内外光催化技术目前的发展状况入手，主要分析了光催化在典型工业有机废水处理领域的应用，从生物降解难、高浓度有机废水的处理角度，为废水处理技术与光催化技术的联用提供了参考性思路。

关键词：光催化；工业有机废水；生物模版；高浓度有机废水

国内外污水处理的难解之题就是高浓度工业有机废水的处理，这种类型的废水有高达2000mg/L以上甚至是几万到几十万毫克每升的化学需氧量,大多数于来源于冶金、化工、煤焦化、烟草、农副产品深加工、制药等产业所产生的有机污水。目前常用化学法、物理法和生化法或者是组合的方式来处理这类废水，常规处理技术很难达到理想的处理效果。由于这类工业废水具备显著的特征，因此不能简单采用城市生活污水的处理工艺和处理模式，更不能挪用同类工厂或企业的运行管理及废水处理工艺，而应该在充分掌握废水的处理特性的基础上，确定合适的工艺并且利用最佳工艺参数和操作运行管理模式。因此有必要展开充分的研究，结合工业废水特点完善处理技术、模式和设计方法。

一、光催化水处理技术发展现状

在国际上，目前针对光催化领域的研究，聚焦在光催化剂和如何提高光催化过程效率两个关键问题上，特别是涉及到新型高效光催化剂、拓展光催化技术、高效光催化反应技术等，且发展迅速，取得了显著的突破。

1、成功研制系列非TiO2基和TiO2基光催化剂

先是TiO2因光照射而使水发生氧化还原反应产生H2被科学家发现，后是半导体材料开始用于有机污染物的讲解，非TiO2基和TiO2基光催化剂得到成功研制，并且促成了光催化氧化法水处理方法的发展。

2、开发成功一系列高效光催化反应技术

有效治理有机污染物的重要方法之一就是半导体光催化反应，这种方法可以利用光能在常温下氧化分解有机物，这种技术的发展应用依赖于新型反应器和催化剂负载的研究。通常会溶胶-凝胶、液相沉积、液相沉积、等离子体化学沉积等负载催化剂的方法，通过TiO2以适当的负载技术制成光催化剂薄膜。

3、光催化反应关键技术取得突破

取得突破的光催化反应关键技术包括了高效光催化反应器设计、光源传输和控制系统等。决定光催化反应效率的就是光催化反应的主体设备——光催化反应器，催化剂对光的利用和活性的发挥，取决于反应器的形状、结构、材料、光源的几何位置等诸多因素，这是光催化研究、反应器研制和开发的重心。

4、光催化技术应用越来越广泛

目前，光催化技术已在空气净化、水净化、自清洁和抗菌材料和医疗卫生等方面得到了广泛的应用。TiO2光催化杀菌效果更为快速高效，还能降解细菌释放的有毒复合物，彻底杀灭细菌。最新的光催化剂纳米TiO2与吸附剂活性炭复合技术可形成净化网，快速吸附净化空气中极低浓度的污染物，极大地推动了光催化环保技术在工业领域更广泛的应用。

二、光催化处理废水的可行性

治理环境污染最有代表性的技术就是光催化处理技术，它是一种现金氧化技术，能将有机污染物通过深度的氧化分解，变成无毒的无机小分子，可强烈杀灭病毒和细菌，同时重金属离子也能够得以从污染水中被去除掉。光催化剂中最受关注的是具备稳定、无毒、无光腐蚀现象、可重复使用、无二次污染等众多优点的TiO2，它可以降解存在于空气和水当中的多种病毒、细菌和几千种不同的有毒化合物。光催化技术依赖于纳米材料技术而发展，能够彻底降解几乎所有的有机物，并且广谱杀菌性能极强。

太阳能光催化污水处理技术目前的商业化应用尚不具规模，其主要原因是因为3.2eV的禁带宽度和387nm的激发波长使得TiO2光催化剂属于紫外光区，只能吸收利用太阳光中的紫外线部分或者紫外光，而且其比表面积较低，活性受限程度高，导致生物化学、化学、物理反应在开放式流动水体系统内难以进行完全，尤其是工业废水中悬浮物浓度过高，悬浮絮体中容易包裹或附着一些有机物，难以被降解。

从这个角度出发，可见光应答型第二代催化剂能够充分利用太阳光，如果一旦开发研制成功，其应用前景将更加广阔，也会带动并衍生出更多的新兴产业。另一方面，光催化水处理工程化技术和集成技术的研究，以及成套设备与技术的开发，一旦取得突破性的进展，将会更有力的应对我国水污染复杂性和严重性的局面，满足我国水污染治理更严峻的需求。其它技术与光催化技术的结合应用，也越来越频繁的得到尝试和应用，并且被证明不失为一种行之有效的方法。

1、氧化剂与光催化技术结合

针对iO2薄膜光催化臭氧化邻苯二酚的研究结果表明，光催化技术与氧化剂的结合能够明显增大有机碳的去除率。针对光催化与臭氧的组合，考察其降解嘧啶和氯乙酸，发现两者这件协调效应明显。通过研究使用臭氧-光催化联用，来降解一些芳香化合物，结果表明其降解效率远远高于单一臭氧技术或者是单一光催化技术。

2、电化学与光催化技术结合

电极与光催化相结合，电化学可以辅助光催化，让TiO2粒子的光催化效率得到极大的提升。通过氯化钠溶液中使用TiO2/Ti作为工作电极降解亚硝酸跟离子，TiO2/Ti的光催化活性较高。光催化和TiO2/Ti薄膜电极的联用，在降解水时光催化活性也非常好。固定在玻璃板上的DegussaP25光催化剂做成的纳米晶TiO2电极，如加以+1.0V的电压，则可以溶解氧小的情况下对于蚁酸的降解效率大大增加。

3、超声与光催化技术结合

近年来超声技术的发展越来越成熟，声化学的发展也取得了突破性进展。通过悬浮二氧化钛光催化氧化丙醇二酸在超声辐射下的实验，发现光催化反应效率明显增加。针对不同粒径光催化剂在超声波的帮助下对于水杨酸的降解性能，结果表民小尺寸的二氧化钛催化剂在超声波帮助下催化性能也能得到显著的提高。而针对纳米TiO2光催化通过超声协同降解水中苯酚机理，其结果也发现了光催化与超声波之间的协同效应。

4、高效复合光催化剂

高效符合光催化剂的研究，依据系列高效复合光催化剂而开展，这些高效复合管光催化剂以云南特有的生物资源位模板，比如介孔锐钛矿型二氧化钛是以植物皮为模板为合成，C掺杂的TiO2/SiO2以及TiO2复合光催化剂则是以水生生物为模板而合成，它们都被应用于降解有机污染物。

结语

因为具备氧化能力强、反应条件温和、无二次污染、操作条件容易控制等优点，加上光催化剂无毒、化学稳定性高，光催化技术得以成为目前主流研究并广泛应用的新型污染处理技术。不过在实际应用当中，尚存在下述两个问题。首先，光催化处理并不能保证不同类型工业有机废水的最佳处理效果；其次，大型光催化剂的设计、光催化剂的分离回收和负载等问题，尚未被解决。稳定性高、性能油亮的光催化剂，再结合光催化设备，可以实现工业有机废水的高效无害化处理，因此寻求高选择性及高活性的光催化剂，并且积极探索最忌的操作条件，在切实可行和经济合理的原则下，逐渐达成与生活和生产的有效结合，才可以为光催化剂的实际应用奠定基础，促进光催化技术在光催化和成、环境保护、功能材料等方面的广泛应用。

参考文献

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