基于光催化多元氧化组合技术降解水中苯酚的试验研究

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随着工业发展的不断加快,产生了大量有毒有害、污染物浓度高的有机废水,特别是具有致癌、致畸、致突变的有机废水,难以用传统方法处理。目前对于该类废水的处理方法的研究主要集中在废水的高级氧化技术,如化学氧化、光催化氧化、湿式氧化、生物氧化等技术。自Mason首次发表超声波.光催化降解PCB s废水的论文以来,基于超声空化的高级氧化技术成为目前处理难降解、毒性大废水的研究热点。 鉴于酚类化合物在废水中存在的普遍性及其对环境污染的严重性,本试验采用苯酚配制的水溶液为水样,通过自行设计、制作的功率超声-臭氧-光催化反应器以及超声一可见光催化反应器,进行水中苯酚降解试验。 在超声-臭氧-光催化系统降解苯酚的研究中,比较了苯酚在超声降解(US)体系、超声-臭氧(IJS-O<,3>)体系、超声.光催化降解(US-UV-TiO<,2>)体系、超声-臭氧-光催化(US-UV-TiO<,2>-0<,3>)体系中的的降解效果,并研究了溶液的初始浓度(Co)、催化剂的量、溶液初始pH、自由基促进剂(Fe<3+>)及猝灭剂HCO<,3><->等参数对苯酚水溶液降解效率的影响,得出以下结论: (1)单独功率超声波(US)和单独紫外光(UV)处理苯酚的降解效率分别为8%和17%,光催化(UV-TiCh)的效率为35%左右,而在光催化系统中加入超声波后,苯酚的降解效果达到50%。 (2>超声-臭氧-光催化(US-UV-TiO<,2>-O<,3>)联合降解苯酚时,在废水初始pH值为11,臭氧化气体通入量20mL/min,P-25催化剂投加量为0.005g,反应时间1h条件下,浓度为100mg/L,的含酚废水去除率可达96%左右。 (3)Fe<3+>的加入使超声-臭氧-光催化体系降解苯酚速率加强,而HCO<,3><->苯酚的降解有抑制作用。 (4>超声、光催化、臭氧联合降解苯酚动力学研究分析表明,超声与光催化体系以及超声、臭氧、光催化体系降解苯酚时存在协同效应。 在超声一可见光催化降解苯酚的研究中,采用溶胶-凝胶法制备了Cd<2+>、N联合掺杂的催化剂,采用了TEM,XRD等技术,探讨了光催化剂活性。进行了可见光催化(Vis-Cd<2+>/N/TiO<,2>)、超声波(US)、超声波一可见光催化(US-Vis-Cd<2+>/N/TiO<,2>)三种不同方法对苯酚催化降解效果比较研究。得出以下结论: 在可见光下,Cd<2+>、N共掺杂的二氧化钛对100mg/L的苯酚有一定的降解效果,说明掺杂的二氧化钛可吸收一定的可见光。超声波的加入对可见光光催化苯酚有一定的促进作用,降解率提高幅度为100%左右。其动力学分析也证明,超声与可见光催化联合降解苯酚,存在协同效应。 本文还通过高效液相色谱分析(HPLC)法测定苯酚降解过程中的中间产物。推测了羟基自由基进攻苯环结构的机理:反应初期阶段,是苯环羟基化合物以及苯醌类中间物质的形成;第2阶段出现的产物是苯环结构破坏后形成有机酸;第3阶段为深度氧化阶段,中间产物锐减,产物以二氧化碳为主。
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