光化学催化处理污水.ppt

反应器 光化学催化净化污水 简介：光催化处理污水是近20年发展起来的新兴研究领域。因反应体系在光催化下将吸收的光能直接转变为化学能，因而使许多通常情况下难以实现的反应在比较温和的条件下能够顺利进行。光催化在环境保护方面的突出优点，有力地推动了人们对其在深度和广度上的研究。尽管它复杂的反应机理目前尚未被认识清楚，但应用方面的研究却成绩斐然。 光催化处理污水的优点 可使大多数污染物完全破坏而不形成中间物 适用于低浓度污染物的治理（制备超纯水） 具有较好的普适性 使用的催化剂如TiO2具有价廉、易得的优点，且在许多介质中均表现出很好的稳定性 不需大量消耗出光以外的其他物质，可以降低能量和原材料的消耗 能够达到除毒，脱色，去臭的目的 具有代表性的催化剂 理论上讲，只要半导体吸收的光能不小于其带隙能，能激发产生电子和空穴，就可能用作光催化剂。由于涉及到材料成本、化学稳定性、抗光腐蚀能力及光匹配性能等因素，真正实用的尚须优化研究。常见的光催化剂多为金属氧化物或硫化物，如TiO2、ZnO、ZnS、CdS及PbS等。相对而言，TiO2的综合性能较好，是研究中采用最广泛的光催化剂。 催化剂——TiO2 化学稳定性高 耐光腐蚀 氧化还原电位高 光催化反应驱动力大 禁带宽度（Eq）较大（Eq=3.2ev） 光催化活性高 无毒、成本低 TiO2的光催化研究最为活跃，使用最广 光催化氧化的机理 以N型半导体的能带理论为基础 N型半导吸收了能量大于或等于带隙宽度的光子后，进入激发态，此时价带上的受激发电子跃过禁带，进入导带，同时在价带上形成光致空穴。以TiO2例，TiO2的禁带度（Eq）为3.2ev，当用波长小于387nm的光照射TiO2时，由于光子的能量大于禁带宽度，其价带上的电子被激发，跃过禁区带进入导带，同时在价带上形成相应的空穴：TiO2+hλ→h++e 　　 　　 利用上述反应产生的游离基具有高度活性，可以氧化包括难以生物降解的各种有机物质并使之矿化 应用 1.染料废水的处理 2.化工废水的处理 3.农药废水的处理 4.含油废水的处理 5.无机废水的处理 6.饮用水中微生物的处理 1. 染料废水的处理 特点：色度高、浓度高、毒性大、难降解，且大多含有苯环、胺基、偶氮基团等致癌物质 处理：在以纳米TiO2为光催化剂，在可见光照射下，水溶性偶氮染料易发生光催化降解反应。在开放的光催化反应器中，以紫外光为光源，TiO2为光催化剂，活性黄X-6G、活性艳蓝X-B及活性艳红X-3B等3种染料在催化降解75min后的COD去除率均达到了60%以上 2.化工废水的处理 特点：极高的COD、高盐度、对微生物有毒性，是目前水处理技术方面的研究重点和热点 处理：在不同的催化氧化条件下，以TiO2为主的半导体光催化剂对常见的化工污染物都有较好的催化氧化效果 3.农药废水的处理 分为杀虫剂和除草剂，危害范围广，在大气、土壤和水体停留时问长，对动、植物有极大危害 处理： ①以活性炭为载体，用Sol-gel法制备了Ti02／AC光催化剂，在水样体积为300ml，光照60min，初始反应液pH一2．0，催化剂用量为0．85g时，对含有敌敌畏的污水进行光催化降解处理，降解效率达92．2% ②以铜丝为基底物镀上TiO2薄膜，在一定的催化条件下，光照60min，氧化乐果和久效磷的光催化降解率高达80% （不会生成其它有毒物质，无二次污染 ） 4.含油废水的处理 特点：石油类物质废弃到地面、江湖和海洋之中，对水体及水域环境造成严重污染 处理：纳米级的TiO2光催化剂，在Fe计、H2O 共存的条件下，太阳能与人工光源并用处理现场低含油采油污水时，光照2.5h后可使污水中油的去除率达到99 ；而仅利用太阳光照射3h后，油的去除率也可达到98% 5.无机废水的处理 特点：以重金属离子为主，如Hg、Cr、Pb等。Hg对人体脑神经系统危害极大；Cr是严重的致癌物质，能引起局部肉瘤，使癌症发病率升高；Pb易使人中毒，引起呼吸系统病变 处理： ①以Si02一TiO2为催化剂光降解含铬废水。实验表明：在Cr6+ 浓度为80mg／L、100ml的废水中投加0.7g的摩尔比为8:2的TiO2一SiO2光催化剂，光照3h， Cr6+的去除率达99.9% ②用精氨酸改性胶体TiO2表面，然后光催化还原Hg，吸附和还原效率提高到99.9% 6.水中微生物处理 特点：饮用水微生物污染会导致大面积的传染性疾病的流行。地面水大量存在的藻类及其代谢产物也容易污染饮用水 处理：光催化杀菌可以攻击细菌和外层细胞，穿透细胞膜，破坏细菌的细胞膜结构，同时也可以分解由细菌释放出来的致热和