_光催化氧化处理造纸废水的试验研究

第40卷第3期辽宁化工Vol.40，No.32011年3月LiaoningChemicalIndustryMarch，2011收稿日期收稿日期：2010-12-26作者简介作者简介：高志国（1977-），男，工程师，硕士学位，辽宁鞍山人，1998年毕业于沈阳建筑大学给水排水工程专业，研究方向：从事水污染控制技术设计与研究。E-mail：ykhb-gzg@tom.com。光催化氧化处理造纸废水的试验研究高治国1，2，陈文通2，郑琳琳2(1.营口市环境保护科学研究所，辽宁营口115003；2.沈阳建筑大学市政与环境工程学院,辽宁沈阳110168)摘要：试验研究掺杂Fe和Ce2种元素的改性TiO2光催化剂处理造纸废水的效果，并与未掺杂及单元素掺杂的TiO2光催化剂降解效果做了对比。试验结果表明：最佳反应条件下双元素掺杂的光催化剂对光的利用率最高，催化效果最好。原水样经过Fe和Ce双元素掺杂改性的TiO2光催化剂处理180min后，脱色率在90%以上，CODCr去除率为83%，比未掺杂及单元素掺杂的催化剂活性有明显提高。关键词：造纸废水；光催化氧化；改性TiO2中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：1004-0935（2011）03-0227-03造纸废水是一种难降解的工业废水，采用TiO2光催化氧化法处理造纸废水近几年被人们高所关注[1]。但TiO2光催化剂只能被波长小于387nm的紫外光激发，而被光激发产生的电子与空穴又容易复合，因此，TiO2光催化氧化法对污染物的氧化效果受到限制。为了提高TiO2光催化活性，可以采用掺杂改性、染料敏化和贵金属离子沉积等方法改变TiO2的能带结构，拓展光波的吸收范围和降低光生电子-空穴复合几率[2-3]。其中元素掺杂改性是一种简单、高效的提高催化效率的方式。单独的元素掺杂虽然能够在一定程度上提高光的催化活性，但对实际造纸废水的处理效果仍然达不到要求。本试验选用Fe3+和Ce4+作为掺杂物质对TiO2进行双元素的共掺杂改性，试验研究掺杂Fe3+-Ce4+改性的TiO2光催剂降解造纸废水的效果及工艺条件。1试验方法1.1试验水样试验水样采用的是某造纸厂中段水经生化处理后的出水，其水质指标为：CODCr500mg／L，pH值为6~7，色度100倍。1.2反应器及试验方法反应器为机玻璃柱，有效容积2.5L（见图1）。反应器顶端封闭并设排气口、底部充气形成气-液-固三相体系。反应器柱壁上部设有进料口，下部有取样口。光源为25W紫外线杀菌灯，紫外灯置于有机玻璃柱中心的石英套管内部密封。图1紫外光催化氧化装置每次在反应器中装水样2.5L，投加一定量经过掺杂Fe3+、Ce4+改性后的TiO2光催剂，在紫外光照射反应一定时间后取样分析测定。1.3分析方法CODcr按重铬酸钾法(GB11914-89)测定。脱色率测定：利用UV-754型紫外-可见分光光度计测定造纸废水在其特定波长下的吸光度，然后按式（1）计算脱色率：脱色率，%=%10010×−AAi（1）式中：Ai——为反应后造纸废水的吸光度；A0——原造纸废水吸光度。2试验结果与讨论2.1pH对Fe3+-Ce4+-TiO2光催化降解废水的影响用NaOH和HNO3调节水样pH值，测定分析不同228辽宁化工2011年3月pH值时吸光度。造纸废水的pH值对催化剂催化效果的影响见图2。图2pH对Fe3+-Ce4+-TiO2光催化降解造纸废水的影响由图2可知，Fe3+-Ce4+-TiO2光催化剂降解造纸废水的效果受pH的影响较大，酸性和碱性条件下好于中性条件，脱色率和CODCr的最佳去除率都出现在pH较低的区域。在碱性溶液中虽然总体上降解效果不如酸性，但是还是好于中性条件。在酸性溶液中H+可有效地促进体系内H2O2的产生，使OH迅速生成，可以提高分解反应速率，因此，处理效果就好。在碱性溶液中TiO2表面带负电荷OH-，有利于空穴向表面迁移，吸附到表面的H2O和OH-发生化学反应生成OH自由基，因此，在碱性条件下也能获得较好的效果。在中性条件下缺乏形成有氧化能力基团的环境，因此，氧化能力没有酸性或碱性条件下的强。2.2反应时间对Fe3+-Ce4+-TiO2光催化效果影响取2.5L的水样置于反应器中，投加500℃下焙烧制备的光催化剂10g/L，每间隔30min取样进行试验分析。不同反应时间下的试验结果见图3。图3反应时间对Fe3+-Ce4+-TiO2光催化降解造纸废水影响由图3可以看出，在0到180min的时间段里去除率呈现快速增长的趋势，180min时脱色率达到90%以上。随着反应时间的延续，脱色率增长缓慢，在180~240min的60min时间里，脱色率仅增加0.6%。因此，工程应用时最佳的反应时间应为为180min。若反应时间过长，将会增加处理成本。2.3Fe3+-