废水处理中的高级氧化技术及应用

废水处理中的高级氧化技术及应用

主要内容废水处理的紧迫性目前废水处理的技术及其优缺点废水处理中的高级氧化技术——光催化氧化法展望废水处理的紧迫性工业的发展造成了越来越严重的环境污染，水体中大量污染物严重威胁着人类自身的健康。

1994年以来，美国在饮用水中发现了100多种合成有机物，如多氯联苯、多环芳烃等，具有“三致”作用。根据我国1998年对全国109700公里河流进行的评价，我国河流长度有70.6%被污染，其中有机污染是一个不可忽视的因素。

难降解有机废水如医药、化工、染料工业废水的特点：CODCr（化学耗氧量）高，一般为数万mg/L，而国家的排放最低标准仅为300mg/L（二级排放标准）；BOD5/COD小于0.1，可生化性低。废水处理的紧迫性常用的废水处理方法物理处理法沉淀，气浮，过滤，离心化学处理法中和，混凝，氧化还原，离子交换生物处理法好氧，厌氧废水处理中的高级氧化技术

高级氧化技术（AdvancedOxidationTechnology，简称AOT)是指在水处理过程中可产生羟基自由基，使水体中的大分子难降解有机物氧化成低毒或无毒的小分子物质，甚至直接降解成为CO2

和H20，接近完全矿化。废水处理中的高级氧化技术化学氧化——O3，H2O2，ClO2Fenton氧化电化学氧化湿式空气氧化超临界水氧化光催化氧化几种方法的联用高级氧化技术-光催化氧化法

光催化氧化法是一种新型的水污染治理技术，利用紫外光照射半导体催化剂（如：TiO2），在水中产生羟基自由基，氧化水中的污染物。TiO2的光催化反应机理

TiO2hve-+h+h++H2O•OH+H+e-+O2

•O2-

H+HO2

•2HO2

•O2+

H2O2H2O2+

•O2-

•OH+HO-+O2

高级氧化技术-光催化氧化法TiO2半导体在溶液中的基本反应式当能量大于禁带宽度的光照射半导体催化剂时，价带上的电子被激发，跃过禁带进入导带，则在价带上产生与电子（e-）相应的电子-空穴，从而引发反应。当其在水和空气体系中，在阳光尤其是紫外光照射下，能够自行分解出自由移动的带负电荷的电子（e-）和带正电荷的空穴（h+）。形成电子空穴对时，活泼的电子、空穴可以分别从半导体和导带（CB）、价带（VB）迁移至半导体/吸附物界面，而且跃过界面，使吸附物氧化和还原，同时也存在电子、空穴的复合。价带空穴（h+）使吸附H2O氧化，导带电子（e-）使空气的O2还原.光催化氧化特点：设备结构简单，反应条件温和，操作条件容易控制氧化还原性强，COD去除率高，无二次污染可利用太阳光TiO2化学稳定性高、无毒、价廉高级氧化技术-光催化氧化法K.Chiangetal./AppliedCatalysisA:General261(2004)225–237提高活性的途径-贵金属沉积G.-g.Liuetal./Chemosphere55(2004)1287–1291提高活性的途径-过渡金属离子的掺杂W.Chengyuetal./SeparationandPurificationTechnology32(2003)357/362提高活性的途径-复合半导体W.Zhao,J.AM.CHEM.SOC.2004,126,4782-4783提高活性的途径-光敏化提高降解效率的途径——超声光催化M.Mrowetzetal./UltrasonicsSonochemistry10(2003)247–254提高降解效率的途径——Fenton光催化S.Malatoetal./CatalysisToday76(2002)209–220光催化氧化的应用——无机污染物废水Cr2O7

2-+16H++12e-=Cr2O3+8H2OHg2++2e-=HgPb2++2H2O+2h+=PbO2+4H+Mn2++2H2O+2h+=MnO2+4H+2Co2++3H2O+2h+=Co2O3+6H+光催化氧化的应用——有机污染物废水有机污染物

催化剂

光源

产物

烃类

脂肪烃芳香烃

TiO2

紫外灯

CO2,H2O卤代化合物

卤代烷烃卤代烯烃卤代脂肪酸

卤代芳香化合物CDD，DCDD

TiO2

Fe2O3TiO2ZnOCdSPt/TiO2

紫外灯

紫外灯HCl,H2O

HCl,H2O光催化氧化的应用——有机污染物废水羧酸

乙酸，丙酸，丁酸，戊酸，乳酸TiO2CdSZnOFe2O3WO3Pt/TiO2

紫外灯氙灯

CO,H2,烷烃，醇，酮，酸

表面活性剂

DBSSDSBSTiO2

日光灯

CO2,HCl,SO32-

农药废水atrazineDDT敌敌畏，敌百虫有机磷农药TiO2Pt/TiO2紫外灯光催化氧化的应用——有机污染物废水染料

酸性红G直接耐酸大红

4BS活性艳红

X-3B酸性艳蓝G卡普隆5GS阳离子艳红5GN直接耐晒翠蓝RGL甲基蓝，罗丹明B染料中间体H酸中性黑，一品红TiO2

紫外灯日光灯

CO2,H2O无机离子中间产物

展望用于