超声协同光催化处理焦化废水研究_成泽伟

第32卷第3期2010年2月武汉理工大学学报JOURNALOFWUHANUNIVERSITYOFTECHNOLOGYVol.32No.3Feb.2010DOI:10.3963/j.issn.1671-4431.2010.03.019超声协同光催化处理焦化废水研究成泽伟,苍大强(北京科技大学冶金与生态工程学院,北京100083)摘要:利用纳米TiO2进行超声协同光催化处理焦化废水实验,探讨了其协同作用机理,考察了TiO2加入量、超声功率、pH值对CODCr和NH+4-N去除效果的影响。分析了曝气、H2O2或Fenton试剂与超声和光催化的协同作用机理,研究了对CODCr和NH+4-N去除效果的影响。结果表明利用超声协同光催化处理焦化废水,CODCr和NH+4-N的去除率显著提高,许多难生物降解有机物被降解去除。关键词:光催化;TiO2;超声;焦化废水中图分类号:X756;TF09文献标识码:A文章编号:1671-4431(2010)03-0073-04ResearchonPhotocatalyticTreatmentofCokingWastewaterSynergizedwithUltrasonicCHENGZe-wei,CANGDa-qiang(SchoolofMetallurgicalandEcologicalEngineering,BeijingUniversityofScience&Technology,Beijing100083,China)Abstract:Photocatalytictreatmentofcokingwastewaterbynano-TiO2synergizedwithultrasonicwasexamined,andthesynergisticeffectmechanismwasdiscussed.EffectofamountofTiO2,ultrasonicpowderandpHvalueonremovalofCODCrandNH+4-Nwasinvestigated.Thesynergisticmechanismsofultrasonic,photo-catalysiswithaeration,H2O2,orFentonreagentwereanalyzed,andtheeffectonremovalofCODCrandNH+4-Nwasdiscussed.Experimentalresultsshowthatwhencokingwastewaterwastreatedbyphotocatalysissynergizedwithultrasonic,removalratesofCODCrandNH+4-Nlargelyincreasedandnon-biodegradationorganismweredegradedandremoved.Keywords:photocatalysis;TiO2;ultrasonic;cokingwastewater收稿日期:2009-09-02.作者简介:成泽伟(1975-),女,博士生,助研.E-mail:chengzewei@metall.ustb.edu.cn光催化和超声技术其机理是在反应过程中利用产生的·OH等强氧化剂氧化废水中的污染物质,使水体中的大分子难降解污染物被氧化成低毒或无毒的小分子物质,甚至被降解为CO2和H2O,对于CODCr和NH+4-N浓度高、生化降解难的焦化废水具有良好的应用前景[1]。利用纳米TiO2粉体作为催化剂,开展了超声协同光催化处理焦化废水去除CODCr和NH+4-N的实验研究。1实验实验所用焦化废水取自国内某焦化厂,CODCr为3000～4000mg·L-1,NH+4-N为60～100mg·L-1;TiO2由攀枝花钢铁研究院提供,锐钛矿型,粒径20～30nm,比表面积40～80m2/g,纯度大于98%;250W高压汞灯,光谱在350～450nm之间,主峰为365nm;UG-III型超声装置,频率20kHz,电功率0～300W可调。实验装置如图1所示。取焦化废水600mL于烧杯中,加入TiO2,搅拌15min后下降紫外灯和超声探头,开启电源计时。达到120min后关闭电源,废水经静沉、过滤,检测出水CODCr和NH+4-N浓度。2协同作用机理超声和光催化同时在一个反应器内处理废水时,会产生相互协同作用,可归纳为2种机理:一是声致发光机理,声致发光可由超声使水中的照相底片感光这一实验事实加以证明,超声产生的光可以使纳米TiO2粉末起光催化剂的作用;另一种是高热激发机理,超声在水中产生的“热点”高达几千K甚至上万K,异质的TiO2粉体获得这部分能量后导致氧原子逃离晶格而产生空穴,生成·OH自由基。另外,超声可以阻碍TiO2粉体