基于微波化学的有机废水微波诱导催化技术和微波辅助高级氧化技术

环境科学导刊2010，29(增刊1)：60—63CN53—1205／XISSN1673—9655基于微波化学的有机废水微波诱导催化技术和微波辅助高级氧化技术王菲菲，俞锐，徐传云(1．杭州市城市建设科学研究院，浙江杭州310003；2．浙江省地质矿产研究所，浙江杭州310000)摘要：结合近几年微波化学理论的发展，介绍了微波诱导催化技术和基于微波技术的高级氧化技术，包括：微波辐射一活性炭吸附法、微波Fenton试剂法、微波辅助光催化技术等在有机废水处理中的应用。并对今后该技术的研究和发展进行了展望。关键词：微波化学；微波诱导催化；有机废水处理．中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：1673—9655(2010)增1—0060—041微波化学处理有机废水的机理及特点微波通常是指波长1mm到1m之间，频率为300MHz一30×10MHz的电磁波。常用的加热频率是2450MHz。微波加热机理有两种，即离子传导和偶极子运动_1'2J。离子传导与介质浓度、离子大小及电荷量有关。偶极子运动与介质的弛豫时间、温度及粘度有关。两种机理同时存在。微波加热具有：快速高效加热、热源与介质不直接接触、选择性加热、可控、降低设备尺寸和污染、无废物生成等优点。ManPark等分别用微波辐照与传统加热方法处理五氯苯酚等三种有机物，发现与传统加热法比，微波法可将有机物的分解速率提高3～4倍，而产物基本相同。另外，微波非热效应也有助于降低反应条件，促进反应发生。微波电磁场作用使极性有机物分子高速旋转碰撞，降低反应活化能和分子的化学键强度，提高化学反应速率。笔者将基于微波化学的有机废水处理技术分为微波诱导催化技术和微波辅助高级氧化技术。微波辅助高级氧化技术是将微波与其他化学氧化催化法或吸附法结合协同作用，常见的包括微波辐射活性炭吸附法、微波Fenton试剂法、微波辅助光催化法等。2微波诱导催化技术微波诱导催化技术是用某种能强烈吸收微波的“敏化剂”作催化剂或催化剂的载体，将高强度短收稿日期：2009—12—07基金项目：浙江省建设科研项目(浙财建字[2007]182号)。作者简介：王菲菲(1982一)，女，硕士研究生，研究方向为环境功能材料。一60一脉冲的微波辐射聚焦到含“敏化剂”的固体催化剂表面，利用微波效应使某些表面点位选择性地被很快加热至很高的温度(超过1400％)，当有机污染物与受激发的表面点位接触时发生催化反应被降解。微波诱导催化处理有机废水过程中，敏化剂的选择、制备及优化微波辐照操作条件是决定微波诱导催化处理效果的关键。2．1敏化剂“敏化剂”的制备，一般是选择微波低损耗物质如A1O等作为催化剂载体，能强烈吸收微波的高损耗物质如过渡金属元素Pt、铁磁性金属Fe、co、Ni等及其氧化物作催化剂复合制备。大部分微波诱导催化研究采用活性氧化铝作为催化剂载体，其吸收微波能力较低，比表面积大，吸附性能强，表面有酸碱性，热稳定性好，且价格低廉。HideakiTakashima等将c0／一A12O、Ni／^y—A1O催化剂用于微波诱导催化降解三氯乙烯(TCE)，反应在单向流石英微波反应器中进行，控制H’和TCE的流量比，放人一定量催化剂，在增加了微波辐照后，TCE的降解速率和降解率均有提高。以co／一A1：O，为催化剂的反应中，降解速率从无微波辐照时的4．5mg／rain提高到6．3mg／min。降解率从12．9％提高到30％。张国宇等以一A1：O为载体，采用浸渍焙烧法制备了FeO／A1O催化剂，并将其应用于微波诱导催化处理模拟含酚废水。催化剂中活性组分氧化铁以o【一FeO，的形式存在，并占据了载体中的部分空隙，使得催化剂的比表面积、孔容等比氧化铝略有降低。添加双氧水后，在一定工艺条件基于微波化学的有机废水微波诱导催化技术和微波辅助高级氧化技术王菲菲下，处理100mg／L的模拟含酚废水，溶液中苯酚的去除率达97．98％。催化氧化过程分为微波诱导和催化氧化两个阶段。微波辐照前3min内苯酚去除率很低，属于微波诱导阶段，3min之后去除率急剧增加。笔者认为可能是氧化铁催化剂对吸收微波的升温曲线有拐点。在微波场中辐照一段时间之后才开始急剧升温，诱导双氧水产生大量·OH。洪光等以亚铁改性氧化铝为催化剂用于微波诱导催化处理雅格素蓝BF—BRr染料模拟废水。溶液中雅格素蓝BF—BR的脱色率可达到98％，COD去除率87．4％。并证明改性氧化铝比颗粒活性炭有更高的活性。还有些研究直接采用金属及氧化物，如Cr、MnO：等作为催化剂。2．2催化剂吸收微波降解有机物机理及微波辐照的影响在微波诱导催化反应过程中，催化剂能与微波发生强烈作用，使某些表面点位很快加热至高温形成“热点”，当污染物分子被吸附到“热点”附近时被高温氧化降解。同时，污染物分子在微波电磁场作用下发生高速旋转而减弱化学