固定床光催化装置实验及废水处理应用

科技创新104KeJiChuangXin◎杨大龙固定床光催化装置实验及废水处理应用摘要：以钛板为基材,制备TiO2固定薄膜光催化剂能够利用太阳光中的紫外及可见光能量，转化为微电流，具有极强的氧化分解能力，对于废水中大多数大分子能够迅速分解矿化，并能氧化微生物蛋白以达到杀菌目的。本工艺力求让光催化技术走出实验室，能够在工业生产中真正利用光催化技术，合理配置大型的光催化器，利用太阳能降解印染、制药等行业有机废水，节约能源同时减少污染排放。关键词：光催化；降解废水；固定床反应器；太阳能；废水半导体TiO2是一种新型高效催化剂，具有很强的氧化能力，在一定能量的光照条件下，它不仅能将环境中的有害有机物降解为二氧化碳和水，而且可以氧化去除大气中低浓度的NOX和含硫化合物（如H2S、SO2）等有毒气体。另外，光催化剂TiO2还具有杀菌、除臭、防雾、自洁净等作用，可以进一步净化和改善我们的生活环境。TiO2光催化剂具有能耗低，操作简单，反应条件温和以及无二次污染等特点。1光催化氧化技术在水处理中的应用1.1有机污染物处理TiO2能有效的将废水中的有机物降解为TiO2、CO2、PO3-4、SO2-4、NO-3、卤素离子等无机小分子,达到完全无机化的目的.染料废水、农药废水、表面活性剂、氯代物、氟里昂、含油废水等都可以被TiO2催化降解。1.2无机废水的处理利用二氧化钛催化剂的强氧化还原能力,可以将污水中汞、铬、铅、以及氧化物等降解为无毒物质。1.3重金属离子的处理TiO2光催化技术是最近30多年来发展起来的一种新型光催化技术，具有常温常压下反应，兼具氧化和还原特性，反应彻底，不产生二次污染的特点，TiO2光催化还原法在去除重金属离子废水中显示了其独到的优势。2TiO2光催化污水处理工艺实体的制备2.1实验内容本文主要以甲基橙作为纳米光催化反应中的有机物，TiO2作为光催化剂，采用自制的固定床光催化反应仪，在太阳光及紫外光照射下比较不同时间、催化剂投加量、溶液pH值、不同废液浓度等条件下光催化活性，以得到最佳的光催化反应条件。2.2实验结果与讨论2.2.1甲基橙溶液配制及吸光度标准曲线用电子分析天平称取0.0500g的甲基橙加蒸馏水搅拌，待甲基橙完全溶解后加蒸馏水至2.5L，配制成浓度为0.02g/L的甲基橙溶液，而后逐级稀释，分别配制成0.01g/L，0.005g/L，0.0025g/L，0.00125g/L的甲基橙溶液，每一浓度测量3次，以得到比较准确的实验结果，用于绘制吸光度的标准曲线，根据实验数据作出不同甲基橙浓度—吸光度标准曲线图，见图1。2.2.2甲基橙初始浓度对光催化降解能力的影响分别配制甲基橙的初始浓度为0.5g/L、0.1g/L、0.01g/L的甲基橙溶液,将100ml光触媒分别加入到3000ml不同浓度的甲基橙溶液中，在阳光和紫外灯的照射下循环，每半个小时取样一次测定其吸光度，计算其降解率值，根据实验数据作出甲基橙初始浓度—降解率曲线图见图2。0204060801000.00.20.40.60.81.0con.tabca0.5g/Lb0.1g/Lc0.01g/L图2甲基橙初始浓度—降解率曲线图初始浓度对甲基橙的降解速率有一定的影响，甲基橙的降解速率与其初始浓度有关。甲基橙初始浓度大时，降解速率小；初始浓度小时，降解速率大。这可能是由于浓度越高，甲基橙吸光能力越强，从而能激发光催化反应的紫外光强度减弱；其次，浓度越高，更多的甲基橙被吸附在催化剂表面，导致产生的活性自由基减少；另外，浓度越高，产生的中间产物不能及时分解掉，被吸附在催化剂的表面，在反应过程中产生的中间产物又可能形成甲基橙的初始结构形式。2.2.3光触媒投加量对光催化降解的影响在PH=6条件下，分别加入100ml，75ml，50ml，25ml的光触媒，在阳光和紫外灯的照射下循环，每半个小时取样一次测定其吸光度，计算其降解率值，根据实验数据作出甲基橙初始浓度—降解率曲线图，催化剂的投加量是影响光催化剂催化活性的一个重要因素,且降解反应都是随着时间的推移而逐步进行的，随着投加量的增大降解率也逐渐增大，当TiO2光催化剂含量增加时，甲基橙的降解效果显著提升，实验证明只有适当增加催化剂的投加量才能产生更多的活性物种，增大反应的固—液接触面，从而加快光催化降解的反应速率。2.2.4PH值对光催化降解速率的影响在pH=4，pH=6，pH=9三种不同PH值的条件下，将100ml光触媒分别加入到3000ml不同浓度的甲基橙溶液中，在阳光和紫外灯的照射下循环，每半个小时取样一次测定其吸光度，计算其降解率值，根据实验数据作出甲基橙初始浓度—降解率曲线图，催化反应无论在酸性或碱性条件下都可以（下转第110页）0.0000.0050.0100.0150.0200.00.20.40.60.81