光催化氧化处理造纸废水的试验研究

第40卷第3划2O11年3JE1疆亍化工LiaoningChemicalIndustryVo]．40．NO．3March．20ii光催化氧化处理造纸废4水的试验研究高治国～，陈文通，郑琳琳fl'营II市环境保护科学研究所，辽宁营¨I15003；2．沈阳建筑大学市政与环境T程学院，辽宁沈阳1lo168)摘要：试验研究掺杂F和Ce2种元素的改性TiO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TiO光催化j=flJ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TiO：光催化剂处理180rain后，脱色率在90％以，COD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TiOz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丁业废水，采用TiO光催化氧化法处理造纸废水近几年被人们高所关注0。但TiO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，TiO光催化氧化法对污染物的氧化效果受到限制。为了提高TiO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TiO：的能带结构，拓展光波的吸收范同和降低光生电子一空穴复合几率。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Fe“和ce作为掺杂物质对TiO进行双元素的共掺杂改性，试验研究掺杂Fe—Ce改性的TiO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水，其水质指标为：COD500mg／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1o反应器顶端封闭并设排气口、底部充气形成气一液一固j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。进料取样图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、ce改性后的TiO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COD按重铬酸钾法(GB11914—89)测定。脱色率测定：利用uV一754型紫外一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，％=1一×lOO％(1)0式中：广_一一为反应后造纸废水的吸光度；。一一原造纸废水吸光度2试验结果与讨论2．1pH对Fe一Ce4+_TiO光催化降解废水的影响用NaOH和HNO，调节水样pH值，测定分析不同收稿日期：201012—26作者简介：高志国(1977一)，男，工程师，硕士学位，辽宁鞍山人，l998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：-。228pH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Fe-Ce-TiO2光催化降解造纸废水的影响由图2可知，Fe“一Ce4+-TiO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COD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l生溶液中H可有效地促进体系内H0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TiO表面带负电荷OH一，有利于空穴向表面迁移，吸附到表面的HO和OH一发生化学反应生成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Fea+_Ce4+_TiO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30rain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Fe一Ce4+_TiO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，180rain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180～240rain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180rain。若反应时间过长，将会增加处理成本。2．3Fe3+_Ce4+_TiO催化剂用量对催化效果影响每次取2．5L的水样置于反应器中，分别投加500℃下焙烧制备的光催化剂1、5、10、l5、20g／L，反应时间为180rain。不同催