光催化降解含酚废水研究进展

第33卷第4期2013年8月山西化工SHANXICHEMICALINDUYV01．33No．4Aug．2013口‘～≈rh：※：鲧迷肓瓷缘：：i：：：：j：：：引言光催化降解含酚废水研究进展杨孔林，魏冰，高宇鹏(中北大学化工与环境学院，山西太原030051)摘要：二氧化钛(TiO)具有化学性质稳定、无毒、成本低、催化效率高等优点，以TiO为催化剂催化氧化处理含酚废水是近年来发展迅速的一项水处理技术。就光催化剂的负载、改性以及光催化反应器的研究进展等进行了详细的阐述。关键词：光催化；含酚废水；光催化剂负载；光催化反应器中图分类号：TQ085+．4文献标识码：A文章编号：1004—7050(2013)04—0031-05酚类化合物是重要的化工原料和中间体，也是许多工业企业生产的副产物。随着经济的高速增长和城市化水平的不断提高，酚类化合物带来的水污染问题日趋严重，既危害农业生产，又威胁人类健康。废水中所含酚类物质⋯主要包括甲酚、苯酚及其他苯酚衍生物，人体摄入一定量时，会引起蛋白质变性和凝固，出现急性中毒症状。经过多年的发展，含酚废水降解技术呈现多样化发展局面，降解方法的选择已日渐成为关注的重点。其中，光催化降解含酚废水技术l2成为首选，而无毒、催化剂化学性质稳定、成本低、无二次污染、催化效率高等优点，使其成为国内外研究的重点_3J。目前，研究热点主要集中于光催化剂的负载、改性以及光催化反应器的设计等方面。1光催化剂的负载最初的催化剂采用悬浮法，即将催化剂悬浮于废水中形成悬浮液，通过光催化降解。此法的优点是催化剂与废水接触面积大、催化效率高。但由于收稿日期：2013．．03-24基金项目：中北大学大学生创新创业训练作者简介：杨孔林，男，1990年出生，中北大学化学工程与工艺专业在读。其所用催化剂多为纳米级，存在后续分离困难、分离成本高等缺点。因此，催化剂负载技术被提出。催化剂负载技术主要包括负载材料和负载方式。通过催化剂的负载，以期达到操作简单、催化剂连续使用J、催化与分离一体化的目的。1．1负载方法自20世纪90年代以来，国内外学者的研究重点逐渐从TiO：悬浮态技术发展到TiO：负载技术。目前，比较常用的负载方法有离子交换法、化学气相沉积法、液相沉积法、电泳沉积法、胶粘法和溶胶一凝胶法等。1)离子交换法。选用具有离子交换功能的载体，制得的易溶离子与易溶钛盐中的Ti¨、TiOn粒子在载体上发生粒子交换，然后暴露在空气中，最后水解。2)化学气相沉积法。采用含钛的金属有机物，载气中的气态物质在其表面上进行化学反应。然后，采用高温分解有机物，使Ti以TiO：形式沉积在基质上]。杨佳龙等0采用化学气相沉积法成功地制备SiN负载的纳米TiO：薄膜来降解橙色Ⅱ溶液，其光催化活性明显高于由其他方法制得的TiO膜。3)液相沉积法(PLD)。水溶液中氟的金属配离子和金属氧化物之间存在化学平衡，利用这个平衡原理，将载体浸渍到适当反应液中，在液体底部沉·32·山西化工2013年8月积出一层均一致密的TiO：薄膜]。余火根等Ⅲ9采用液相沉积法在石英玻璃、普通玻璃和不锈钢表面上分别制备出纳米TiO膜。4)电泳沉积法。利用电场作用使催化剂沉积到载体上，得到均一的催化剂膜。5)胶粘法。将高活性的德固赛P-25TiO粉末均匀地分散于有机成膜助剂、环氧黏合剂中形成涂料，然后涂覆于基材上，再干燥，后加人固化剂硬化便可。日本名古屋工业技术研究所叫利用本方法已经生产出特大比表面积、适用于染色废水脱色处理的多孔性硅胶负载TiO光催化剂。6)溶胶一凝胶法。采用钛酸酯类为TiO的前驱体，无水乙醇为溶剂，加入硝酸为催化剂，构成水解体系。强烈搅拌下水解，制得TiO溶胶。再将TiO溶胶涂于载体上，自然或加热烘干，在一定温度下烧结即成。杨莉等⋯采用溶胶一凝胶法制备TiO：溶胶，并用其降解甲基橙，研究TiO薄膜对光催化效率的影响。任学昌等以2种不同表面处理的陶瓷作为载体，用溶胶一凝胶法在其表面进行纳米TiO光催化薄膜的负载。结果表明，陶瓷载体所负载的TiO薄膜均具有明显的光催化活性。1．2负载材料目前，常用的TiO光催化剂载体主要有活性炭、硅胶、活性氧化铝、多孔陶瓷、分子筛等J。1)活性炭活性炭是一种黑色、固体、无定形、多孔的碳，其吸附作用有选择性，非极性物质较极性物质容易被吸附，巨大的比表面积以及发达的孔隙结构可为负载于表面的光催化剂提供高浓度的催化环境。崔丹丹等13-14]采用溶胶一凝胶法、磷酸活化法制得竹活性炭，负载二氧化钛光催化剂，并成功地用其处理水溶液中的甲醛。2)硅胶硅胶的化学组成为mSiO·nH：0，成骨架结构，骨架中的空间即为硅胶的空隙，结构水以羟基的形式与硅原子连接并覆盖于其表面。3)氧化铝氧化铝是一种白色固体，其比表面积、孔容和热稳定性较高，被作为工业用催化剂载体得到广