光催化去除焦化废水中氰化物的影响因素研究_成泽伟

煤矿环保《洁净煤技术》2009年第15卷第1期光催化去除焦化废水中氰化物的影响因素研究成泽伟,苍大强,全魁(北京科技大学冶金与生态工程学院,北京100083)摘要:氰化物对生物体具有剧毒作用。利用纳米TiO2粉体,以紫外光为光源,进行了光催化降解去除焦化废水中氰化物的实验研究,系统考察了焦化废水的pH值、CN-初始浓度、TiO2用量、温度、曝气量等因素对去除焦化废水中CN-的影响。结果表明,当废水pH值为2.0～3.0,TiO2用量为0.3g/L,温度为30℃时,总CN-去除率可达43.6%。光催化去除CN-过程符合一级动力学反应规律。当曝空气量为0.8L/min时,总CN-去除率提高到58.2%;当曝氧气量为1.0L/min时,总CN-去除率提高到68.2%。并且TiO2可以多次循环使用。关键词:焦化废水;TiO2;光催化;CN-中图分类号:X756文献标识码:B文章编号:1006-6772(2009)01-0110-05收稿日期:2008-07-29作者简介:成泽伟(1975-),女,辽宁抚顺人,北京科技大学在读博士,助研。焦化废水中的氰化物大都是无机氰化物(Cya-nide),即包含有氰根离子(CN-)的无机盐,亦可认为是氢氰酸(HCN)的盐。很多氰化物,能在加热或与酸作用后或在空气中释放出氰化氢或氰离子,具有剧毒作用[1]。中国《钢铁工业水污染物排放标准(GB13456-92)》中二级排放标准要求总氰化物小于0.5mg/L。中国在20世纪70年代开始对焦化废水中的氰实施控制。目前,中国焦化企业废水处理工艺主要为生化处理。但是大多数焦化企业废水经预处理后,其中的氰等污染物对于生物细菌仍属高浓度,增加了生化处理难度,并且处理后的废水仍然不能达到排放标准。笔者利用纳米TiO2粉体作为光催化剂,以紫外光为光源,进行焦化废水处理,探讨了影响其去除焦化废水中氰化物的一些主要因素,并进行了动力学分析。1光催化实验机理分析当锐钛矿相TiO2受到大于禁带宽度能量的光子(波长小于387.5nm)照射时,价带电子被激发跃迁到导带,形成电子空穴对(e-/h+),并向TiO2粒子表面迁移。在纳米TiO2-H2O悬浮液体系中,h+能够同吸附在催化剂粒子表面的OH-或H2O发生作用生成·OH。·OH是一种活性很高的粒子,能够无选择地氧化各种有机物并使之矿化,通常认为它是光催化反应体系中主要的氧化剂。e-也能够与O2发生作用生成·O-2和·OOH等活性氧类,这些活性氧自由基也能参与氧化还原反应。CN-的光催化降解氧化包括如下过程[2]:2·OH+CN-※OCN-+H2O2·OOH+2CN-※2OCN-+H2O2CN-的氧化产物OCN-极不稳定,在光照下容易发生水解反应:OCN-+2H2O※HCO-3+NH3NH3可进一步被·OH和·OOH氧化为N2及NO-3等[3-4],HCO-3可进一步分解为CO2。2实验部分2.1实验原料和仪器实验用TiO2光催化剂晶型为锐钛矿型。粒径110DOI:10.13226/j.issn.1006-6772.2009.01.008煤矿环保全国中文核心期刊矿业类核心期刊《CAJ-CD规范》执行优秀期刊光催化去除焦化废水中氰化物的影响因素研究20～30nm,含量大于98%。实验所用焦化废水取自国内某钢铁企业焦化厂,其水质指标见表1。表1焦化废水水质指标CODCr/(mg·L-1)NH3-N/(mg·L-1)总CN-/(mg·L-1)pH3000～400060～1001.10～1.507.0～9.0实验仪器主要包括:自制玻璃冷却池;玻璃烧杯;微型空气压缩机;TG16-WS型高速离心机;DHG-9140A型干燥箱;EMS-13磁力搅拌器;250W高压汞灯,光谱范围在350nm～450nm之间,主峰值为365nm。德国MERCKNOVA60水质分析仪。LZB-2玻璃转子流量计;雷磁PHSJ-3F型数显pH计。实验装置简图如图1所示。图1实验装置1———磁力搅拌器;2———焦化废水;3———水浴冷却池;4———冷却水进水;5———冷却水出水;6———高压汞灯;7———空气压缩机或氧气瓶2.2实验方案首先打开紫外灯稳定15min。取焦化废水600mL于烧杯中,并加入一定量的纳米TiO2催化剂,用一定浓度的NaOH、H2SO4溶液调试废水的pH值。将烧杯置于磁力搅拌器上搅拌15min左右,使催化剂和水样混合均匀。然后,同时打开空气泵,在一定的曝气量情况下,将烧杯置于紫外灯下方一定距离处照射,开始计时。达到规定光照时间后关闭紫外灯,废水经静沉、过滤,检测出水中CN-浓度,计算CN-的去除率。3结果与讨论3.1光催化剂用量对总CN-去除率的影响实验条件:温度30℃,光照时间120min,通过H2SO4和NaOH调整原焦化废水的pH值分别为3