04化工废水处理-光催化氧化技术.ppt

圆筒式旋转式光催化反应器 催化剂负载在圆筒内壁，光源置于圆筒中间，溶液经由导管进入反应器，并在旋转的圆筒内壁形成液膜，发生光化学反应。 四、旋转式光催化反应器 转盘式 圆筒式旋转光反应器 共同特点：反应器主体可以旋转，同时在旋转器上形成液膜。 优点：解决了固液分离问题。 缺点：固定在器壁上的催化剂利用率低且容易钝化。 五、光学纤维束光催化反应器 反应器内有1.2m长的光学纤维束，包含72根1mm粗的石英光学材料，每根光学纤维表面负载了一层TiO2膜，反应在水表面进行。 优点：反应器内光、水、催化剂三相接触面积大，反应效率高。可通过增加光学纤维数量提高反应器的三相接触面积，避免了其它反应器所具有的诸如占地面积大、有效反应体积小等缺点。 缺点：光学纤维及其辅助设备造价太高，限制该反应器的推广应用。 多相光催化氧化存在的问题 催化剂方面 反应器方面 光系统 一、催化剂方面存在问题 悬浮型：存在固液分离问题 负载型： 催化剂单位体积的表面积较低，阻碍了质量传递的进行。 催化剂易钝化 由于载体介质对光的吸收和散射，导致光能量的不足。 共同存在问题：光吸收波长范围窄，光量子效率低。 二、光反应器方面存在问题 反应器的光照面积与溶液体积的比率（A/V）是影响处理效果的重要因素。 A/V值越大，反应速率越快，导致占地面积增加或水力负荷减小。 三、光系统方面存在问题 太阳光： 廉价、光效率低（到达地面的太阳辐射中，紫外辐射仅占4-6%）。 太阳辐射还受昼夜、季节、天气变化影响，都给太阳光催化处理系统的连续有效运转带来困难。 电光源： 电能消耗大，经济负担重。 由于可被反应利用的紫外及近紫外光在反应溶液中衰减的非常快，因而必须尽可能提高溶液直接接触面积，是反应器的放大设计变成困难。 多相光催化氧化的前景展望 催化剂方面：催化剂的固定化、改性，（阻止电子-空穴对复合；扩展催化剂吸收波长；改变催化剂选择性） 反应器方面：开发高效廉价大型反应器 光系统：利用廉价太阳光 联用技术：生物技术、化学氧化技术、物理化学技术 光催化氧化 一、概述 在大多数情况下，光子的能量不一定刚好与分子的基态与激发态之间能量差值相匹配，在这种情况下，反应物分子不能直接受光激发，因此在某种程度上光催化氧化反应具有更大的利用价值。 光催化氧化：均相光催化氧化 非均相光催化氧化 二、均相光催化氧化——光助Fenton Fenton试剂发展（Fe2+/H2O2） 1894年，Fenton用于有机合成氧化苹果酸 1964年，Eisenhouser将其用于处理苯酚及烷基苯 1993年，Ruppert将紫外光照射引入Fenton处理4-CP，形成光助Fenton技术。 其后，在处理有机废水上得到应用。 二、均相光催化氧化 光助Fenton反应机理 二、均相光催化氧化 有机物浓度的影响 亚铁离子浓度的影响 过氧化氢浓度的影响 不同载气的影响 pH值的影响——初始反应控制在6.0以下 温度的影响 反应时间的影响 光强的影响 影响UV/Fenton反应的因素 二、均相光催化氧化 UV/Fenton反应的应用 混凝沉淀法 活性炭法 生化法 通过投加低剂量氧化剂来控制氧化程度，使废水中有机物发生部分氧化、偶合或聚合，形成分子量不太大的中间产物，从而改变它们的可生物降解、溶解性及混凝沉淀性，然后通过联用技术去除。 与深度氧化相比，可大大节约氧化剂的用量，从而降低废水总的水处理成本。 1、单独作为一种处理方法氧化有机废水 2、与其它方法联用 二、均相光催化氧化 UV/Fenton反应的优缺点 优点： 光催化效率高，氧化能力强，可处理高浓度、难降解、有毒有害废水。 与多相光催化相比，其降解有机物的速率是多相光催化的3-5倍。 降低Fe2+的用量，保持过氧化氢较高的利用率 紫外光和亚铁离子对过氧化氢的催化分解存在协同效应：即过氧化氢的分解速率远大于亚铁离子或紫外光催化过氧化氢分解速率的简单加和。 主要问题： 成本高，Fe2+作为催化剂反应后会留在溶液中形成二次污染。 三、多相光催化氧化——发展史 1976年，Frank等研究了在TiO2多晶电极/氙灯作用下对二苯酚的降解。 多相光催化氧化降解主要是指在污染体系中投加一定量的光敏半导体材料，同时结合一定能量的光辐射，使光敏半导体在光的照射下激发产生电子-空穴对，吸附在半导体上的溶解氧、水分子等与电子-空穴对作用，产生羟基自由基，再通过与污染物之间的羟基加合、取代、电子转移等使污染物全部或接近矿化，最终生成CO2、H2O及其它离子如NO3-、PO43-、SO42-、Cl-等。 光催化氧化在Frank研究的基础上，已推广到金属离子、其它无机物和有机物的光降解。 三、多相光催化氧化——材料分类 材料分