纳米TiO-2光催化降解含活性红K-2BP染料废水技术研究

第43卷第4期2006年8月染料与染色DYESTUFFS�AND�COLORATIONVol�43�No�4August�2006研究论文纳米TiO2光催化降解含活性红K-2BP染料废水技术研究董振海�胥维昌(沈阳化工研究院,沈阳�110021)摘要:本文以纳米二氧化钛为光催化剂,采用自制的间歇式悬浆体系光催化反应器对活性红K-2BP染料模拟废水进行光催化降解试验,考察废水pH值、初始浓度等因素对反应的影响,在试验条件下,染料模拟废水的COD去除率可达70%以上,反应后废水可生化性提高,其光催化降解反应符合Langmuir-Hinshewood模式,光催化氧化法是处理难降解染料废水的有效方法。关键词:纳米TiO2;光催化降解;活性红K-2BP中图分类号:TQ610�9��文献标识码:A��文章编号:1672-1179(2006)04-0048-3��染料废水是我国难治理的行业性废水之一,染料废水种类多,水质成分复杂,色度深,毒性大。随着染料工业的迅速发展,对环境的危害日趋严重,传统水处理工艺中采用的吸附、膜分离、絮凝沉淀、电解、化学氧化及生物氧化法往往不能达到满意的去除效果[1-4]。1972年,A.Fujishima和K.Honda首先发现了TiO2在光照条件下可将水分解为H2和O2,由此诞生了光催化氧化技术,并迅速应用于废水治理中。TiO2为n型半导体催化剂,在紫外光的辐射下会产生具有很强氧化还原能力的空穴与电子,可将废水中的有机物深度氧化,最终分解为CO2和H2O,从而消除其对环境的污染。由于该技术反应选择性低、条件温和、速度快、无二次污染等优点,是近几年的研究热点,发展前景广阔[5]。活性红K-2BP(C�I�活性红24)是比较典型的单偶氮活性染料(结构式如下所示),本工作采用纳米TiO2悬浆催化体系,对活性红K-2BP模拟染料废水进行光催化氧化降解研究,探索光催化氧化法处理偶氮类染料废水的可行性。��1试验部分1�1主要试剂及仪器锐钛型TiO2(GC-100),泰兴纳米材料厂生产,平均粒径50nm;高压汞灯(365nm),沈阳华光灯具研究所;85-2型恒温磁力搅拌器,常州国华电器有限公司;ACO-388D型空气压缩机,广东海利集团有限公司;气体流量计:沈阳市玻璃仪器厂;KL-008型高精度便携式pH计,福建省福安市科立龙电子有限公司;VIS-723型分光光度计,上海分析仪器厂;染料活性红K-2BP,沈阳化工研院国家染料标准化工程中心提供。试验装置见图1。图1�试验装置图1�2试验方法在烧杯中称取一定量的TiO2,加入少许水及磁转子,中速搅拌5分钟,再加入一定量准确称取的活性红K-2BP,然后转移至1L的容量瓶中,加蒸馏水定容至1L,配成不同浓度的模拟废水,摇匀后取一定量水样进行光催化降解试验,反应一定时间后取样分析。1�3分析方法CODCr测定方法:重铬酸钾法GB11914-89。BOD5测定方法:GB7488-87。��2结果与讨论2�1催化剂不同用量对活性红K-2BP降解的影响采用图1所示的试验装置,以初始COD浓度为300mg/L的活性红K-2BP染料废水进行光催化剂用量优化试验,结果见图2。�48�染料与染色Vol�43�No�4董振海,等�纳米TiO2光催化降解含活性红K-2BP染料废水技术研究2006年8月图2�催化剂用量与COD去除率关系��由图2可看出,当催化剂用量低于模拟废水体系的0�4%时,模拟废水COD的去除率随催化剂浓度的升高而升高,当催化剂浓度超过模拟废水体系的0�4%时,废水COD的去除率基本不再升高,反而略有下降。在有机物的光催化降解研究中,催化剂的活性中心和光生电子、空穴的产生与其用量关系密切,用量低时,活性中心少,降解能力低,用量过大会导致光源的透过率下降而影响催化剂对光子的吸收,同时也会增加运行成本。因此,确定在本试验条件下催化剂最佳用量为0�4%,即1L模拟废水中加入纳米TiO2(GC-100)4g。2�2pH对光催化降解的影响调节初始COD浓度为300mg/L的活性红K-2BP模拟废水至不同的pH值,TiO2加入量为0�4%,光催化降解2小时后,分别测定废水COD变化,结果见图3。图3�活性红K-2BP光催化降解率与pH值关系废水pH值对光催化剂的分散性、活性、染料分子的稳定性有不同程度的影响[6,7],锐钛型TiO2的等电点pH�3�5,当pH值远离3�5时,TiO2粒子不易聚沉,分散性好,对光催化反应的传质有利;在介质pH值高于等电点条件下,TiO2颗粒表面带负电荷,有利于光生空穴向TiO2表面迁移,活性中心增加;染料分子发色团共轭体系在不同的pH值条件下,由于受H+、OH-浓度的影响,电子云密度会发生变化,其分子的稳定性也会发生变化,一般情况下,偶氮染料分子在酸性条件下稳