（化学工艺专业论文）臭氧强化光催化降解糖蜜酒精废水的研究.pdf

臭氧强化光催化降解糖蜜酒精废水的研究 摘要 糖蜜酒精废水是一种浓度高、色度深、酸度大( p i 4 5 ) 的糖厂酒精 车闻有机废弃液，大多呈棕黑色，耐高温、耐光照、长时间放置其色值不 减，对环境影响很大，因此脱色是其处理中的一个难点。传统方法因多种 原因，均不太理想。由于臭氧( 0 3 ) 能加强光催化的氧化能力，己成为高 级氧化技术方向的研究热点。近年来，光催化与臭氧联用技术在有机废水 处理方面显示了广阔的应用前景，其关键技术是研制高活性的光催化剂。 本文制备了一系列光催化剂，并以糖蜜酒精废水为氧化降解对象，考 察了光催化剂在臭氧强化下的光催化活性。经过大量实验，筛选出催化活 性较高的b h 0 3 一w 0 3 和f e 2 0 3 s n 0 2 催化剂，并采用x 射线衍射( x r d ) 、 热重差示扫描量热法( t g d s c ) 、红外扫描光谱( 取) 、紫外可见光固体 漫反射( u 珏v i sd r s ) 等手段对这两种催化剂进行了表征，并将表征数据 与其催化活性进行关联，探讨光催化剂结构与其催化性能之间的有机联系， 得到一系列规律性的认识。 采用固相法合成b i 2 0 3 一w 0 3 催化剂。研究表明，催化剂中n ( b i ) ：n ( w ) 比例为1 ：1 ( 摩尔比) ，焙烧温度为1 0 7 3 k ，焙烧时间为3 h 时，催化剂的催 化活性最好。在p h = 4 2 左右，催化剂用量为2 5 0 m g l 一，光源为3 0 0 w 高 压汞灯( 辐射主波长为3 6 5 n m ) ，0 3 混合气体流量4 8 l - h - 1 条件下反应1 2 0 m i n 【基金项目】国家自然科学基金资助课题( 2 0 4 6 6 0 0 1 ) 、广西大学科学技术研究重点项目( 2 0 0 4 z d 0 1 ) ， 广州市属高校科技项目( 6 2 0 4 0 ) 1 后，糖蜜酒精废水脱色率可达9 0 2 。x r d 分析表明b i 2 0 3 - w 0 3 混合物催 化剂存在b i 2 w 0 6 和b i 2 w 2 0 9 两种晶相，并且其含量与催化剂活性成正比， 对催化剂的贡献最大，是催化剂的活性中心之一。d r s 分析表明b i 2 0 3 - w 0 3 混合物的禁带宽度为2 9 1 e v ，比常用的0 2 光催化剂的禁带宽度较低，能 更好地利用光能，从而有较好的催化活性。 采用浸渍法制备的f e 2 0 3 s n 0 2 催化剂，其中f e 含量为0 。0 8 ( m 0 1 ) ，焙 烧温度为7 7 3 k ，焙烧时间为3 h 时，催化剂具有较高的活性。在与固相法 催化剂的相同反应条件下，糖蜜酒精废水脱色率可达9 0 1 ，x r d 分析表 明f e 2 0 d s n 0 2 催化剂只有一种晶相，没有观察到f e 2 0 3 的晶相，f e 2 0 3 已高 度分散到s n 0 2 的表面，使s n 0 2 产生更多的晶格缺陷，可以更好地捕获光 生电子，进行氧化反应，或阻止了光电子与空穴复合，从而提高了光催化 活性；取分析发现f e 2 0 3 s n 0 2 复合催化剂中具有表面羟基，金属氧键发生 了红移；d r s 分析表明禁带宽度从3 7 0 e v 降低到3 6 8 e v ，拓宽了催化剂 对光的响应，从而提高了催化剂的活性。 在臭氧强化光催化反应的工艺条件研究中，考察了反应时间、催化剂 用量、混合气体流量、p s 值、抑制剂等因素对臭氧强化光催化剂降解糖蜜 酒精废水催化活性的影响。研究表明：光催化与臭氧联用对糖蜜酒精废水 的降解效率高于u v c a t a l y s t 方法、0 3 c a t a l y s t 方法或u v 0 3 方法的降解效 率，光催化氧化与臭氧氧化具有一定的协同效应。其氧化过程主要以直接 氧化为主，羟基自由基间接氧化贡献相对较小；脱色率随时间的延长而增 大，反应1 2 0 m i n 后增长趋势趋于平稳；催化剂最佳用量为2 5 0 m g l - 1 ；臭氧 最佳流量为4 8 h l ；废水p h 1 2 或p h 3 4 0 n m ) 的高级氧化技术去除饮用水中的一氯乙酸。研究表明， 在臭氧流量为2 9 0 m g ，h 1 ，p h = 3 4 和7 时，蒸馏水和自来水中的一氯乙酸去除率将会提 高两倍。t o c 与一氯乙酸的去除率有关，t o c 去除率与c i 转化为c 1 0 3 速率相同。 s 习e 士掌位论文| 0 奢，勇l 化光佳他降蔫：糟j 爿鲁废水的研兜 1 4 催化降解糖蜜酒精废水的催化剂研究现状 1 4 1 光催化剂的研究进展 1 9 7 2 年f u j i s h m a 和h o n d a 首次在n a t u r e 杂志上发表的关于n 0 2 电极光分解水的论 文，成为多相光催化新时代开始的标志。此后，光催化氧化技术得到迅速发展，近十年 被广泛应用于水处理领域。 目前已研究的光催化剂主要有瓢0 2 、z n 0 、c d s 、s i c 、w 0 3 、i n 2 佻、s n 0 2 、s i 0 2 、 f e 2 0 3 及钙钛矿等，但光催化在处理糖蜜酒精废水中的应用研究的不多。k u l k a m i 等嘲 对太阳光i i 0 2 催化降解糖蜜酒精废水进行了研究。刘自力等【1 9 1 采用钨酸盐光催化剂， 在太阳光或紫外光的照射下，通入空气进行糖蜜酒精废水的光催化氧化降解反应。 光催化技术在其他废水虽己广泛应用，但目前使用的催化剂存在禁带宽度宽，稳定 性较差等许多问题。为了充分利用太阳能降解各种污染物，近年来，人们在提高光催化 活性和扩大激发光波长范围等方面做了大量的研究工作。一般来说，从以下两个方面对 催化剂进行修饰，提高催化剂的光催化活性：是利用半导体微粒表面形成的浅电子陷 阱，俘获电子，阻止电子和空穴复合，贵金属沉积、过渡金属离子掺杂是这方面常用的 方法。二是利用光敏剂与之形成的量子尺寸异质结合来促进半导体的光生空穴和电子的 分离，光敏剂可以是有机染料，也可以是窄带隙半导体。 虽然对现有的n 0 2 催化剂进行多方面的改性，提高了光催化剂的催化活性，但改 性n 0 2 的量子效率仍然比较低，这也说明有必要研究新型的光催化剂，寻找新的光催 化体系