流化光催化反应器降解BS染料的研究.docVIP

流化光催化反应器降解4BS染料的研究　 　　1? 试验部分 　　1.1? 试验装置　　试验装置(自制)由配水区、反应区、紫外光源、固液分离器等部分组成(见图1)，反应区的中间设有紫外灯和石英套管。含直接耐酸大红4BS的原水通过稳定水箱连续定量地进入曝气水箱中，与反应器循环出水一起进行曝气，以提供光催化反应所需的溶解氧。在进水流速的作用下，光催化剂颗粒在反应区得到充分流化。反应区的容积为3.7L。　　1.2? 试验方法　　1.2.1 负载催化剂的制备 　　制成一定配比的含硅酸钠与二氧化钛的均匀悬浊液(负载溶液)，对破碎的耐火砖颗粒(30～40目)载体进行表面处理，然后称取一定重量的载体浸入负载溶液中，混合均匀后烘干、高温处理、冷却。此过程重复数遍后，用超声波清洗10min，烘干后待用［1］。　　1.2.2光催化氧化的工艺条件试验 　　向水箱中注满自来水，再加入4BS溶液，开启水泵及风机，使4BS溶液混合均匀，15min后测定溶液的吸光度，此过程循环进行，直至达到试验所需的浓度。然后将500g负载催化剂投 入反应器中，开启水泵和风机并调节循环流量，使有效反应区内的负载催化剂均匀流化，运行30min，4BS溶液达到吸附平衡后取样分析。开启紫外光源，以后每隔一定时间取样分析。试验中控制pH＝6.5～7.5，曝气水箱中DO为9.5mg/L，固液分离器中DO为9. 0mg/L。　　1.3? 分析方法　　4BS浓度测定采用分光光度法。测定样品时，溶液的pH值调至6.5～7.5，用高速离心机(LD5—2A)分离20min后取上清液，用752紫外可见光栅分光光度计于500nm波长处测定溶液的吸光度。 　　2? 结果与讨论 　　2.1 催化剂浓度的影响　　取浓度为25 mg/L的4BS溶液30L，在循环流量为25L/min时，以20W的紫外灯光照200min，催化剂浓度对光催化降解脱色速率的影响见图2。 　　从图2可以看出，当催化剂的体积分数在5.5%～9.8%(V/V，催化剂堆积体积与有效应区的总体积之比)范围内时，4BS的降解脱色速率常数呈线性上升；当催化剂浓度提高到 10.9%时，该常数达到最高值；继续增加催化剂的浓度，该常数骤减；当催化剂的浓度为15. 3%时，4BS降解脱色速率几乎为零。这种现象表明，在流化床光催化反应系统中适当增加催化剂的浓度能产生更多的活性物质，加快降解速率；当催化剂浓度达到某一值时，光子的能量得到了最充分的利用；继续增加催化剂的浓度，会使溶液中的浊度增加，透光度骤减，导致光催化降解速率突然下降。　　2.2? 4BS初始浓度的影响 　　取4BS溶液17L，催化剂的体积分数为10.9%，在2.1节的试验条件下，4 BS初始浓度对光催化降解脱色速率的影响见图3。 　　假定4BS降解脱色反应符合一级动力学模式，根据ln(C0/C)＝kt可求出不同4BS初始浓度时的反应速率常数k值(见表1)。 　 表1 不同初始浓度的4BS降解脱色速率常数k 一级反应速率常数k(min-1) 相关系数γ 2.9 0.056 8 0.995 2 13.8 0.016 6 0.994 2 16.7 0.014 4 0.991 2 31.4 0.010 3 0.984 3 36.6 0.0076 0.980 1 　　假设k＝nCa0，则lg k＝lg n+algC0。经数学回归可得到关系式：lg k＝-0.9001-0.76lgC0，相关系数r＝0.9956。由此可认为降解脱色速率常数k近似为溶液4BS初始浓度C0的负一级反应，表明4BS溶液浓度越大，溶液吸收的有效光子能量越多，从而减少了负载光催化二氧化钛对有效光子能量的利用，使反应速率常数降低。　　2.3? 溶液初始pH值的影响 　　在2.2节的试验条件下，选用HCl和NaOH溶液对4BS溶液(浓度为12.5mg/L)的pH值进行调节，其对光催化降解脱色速率的影响见表2。 　 表2 不同初始pH值对4BS的降解脱色效果 4BS去除率(%) 4.5 82 6.8 64 11 12.8 　　从表2可以看出，在pH＝4.5时，对4BS有较大的去除率，而在碱性条件下去除率较低。　　2.4? 光源光强的影响　　在2.2节的试验条件下，光强对4BS(溶液浓度为28 mg/L)光催化降解脱色速率的影响见表3。 　 表3? 不同光源光强的4BS降解脱色速率常数k k(min-1) 20(UV杀菌灯) 0.009 79 375(高压汞灯) 0.029 0 　　从表3可明显看出，375 W功率光照下的降解速率比20 W功率光照下的快，表明光源光强的 大小对反应速率有明显的影响。　　2.5循环流量的影响 　　在2.2节的条件下，循环流量对