粉末狀TiO2光催化處理印染廢水技術研究進展

1、粉末狀TiO2光催化處理印染廢水技術研究進展    關鍵詞：TiO2；光催化技術；印染廢水處理；催化劑印染廢水色度高、成分復雜，在處理技術上問題很多。目前使用較多的方法有缺氧一好氧生物降解、吸附、混凝沉淀等。傳統(tǒng)生物方法對合成染料等不能進行有效降解。吸附技術雖然可以有效地對印染廢水進行脫色和去除有機物，然而吸附劑的再生、回用卻存在很多困難。混凝沉淀在處理過程中會產(chǎn)生大量的混凝污泥，從而帶來了后續(xù)處理費用、難度加大的問題。光催化氧化法利用強氧化性自由基，氧化染料分子而實現(xiàn)脫色。其中，TiO2化學性質(zhì)穩(wěn)定、難溶無毒、成本低，是理想的光催化劑。將TiO2光催化

2、氧化用于印染廢水的處理，可以有效降解難降解的有機染料。本文對粉末狀TiO2光催化技術在印染廢水處理中的研究進行了綜述。 一、粉末狀TiO2光催化劑 粉末狀TiO2在廢水中保持懸浮狀態(tài)，在光照輻射下對染料進行降解。催化劑以粉末型存在，接觸面積大、傳質(zhì)好，催化效率高，常用的催化劑為DegussaP25?；ㄈ彰纫愿邏汗療?、UV燈、太陽光為光源，進行H2O2、TiO2對酸性品紅、活性大紅、剛果紅、結(jié)晶紫及混合染料等幾種偶氮染料光催化降解。研究結(jié)果表明，以TiO2為催化劑的光催化氧化法對染料廢水的處理是可行性的。Mohamad等用TiO2作催化劑對偶氮染料間胺黃進行降解脫色，溶液能夠完全脫色，并檢測到

3、反應過程中產(chǎn)生了羧酸，并最終生成了CO2和水，通過對反應過程的連續(xù)監(jiān)測證實了TiO2光催化對偶氮染料的降解途徑。夏金虹采用溶膠一凝膠法制備TiO2粉體研究銳鈦礦型TiO2粉體光催化降解印染廢水的可行性和影響因素。結(jié)果表明，CODcr為268mg/L的印染廢水，用125W熒光燈照射2h，脫色率為96，CODcr去除率為86。酸度、TiO2用量、光照距離、光照時間等多種因素對光催化降解印染廢水效果均有一定影響。同時做了TiO2回收試驗，結(jié)果表明，TiO2催化性能比較穩(wěn)定，可重復使用，且脫色率及COD去除率較高。 二、TiO2摻雜改性技術 TiO2光催化劑只能在紫外光照射下起催化作用，不能利用能量較

4、低的可見光光能，大大限制了其在實際中的應用。通過摻雜其它元素改變TiO2晶體結(jié)構(gòu)，使其禁帶變窄的摻雜改性得到了廣泛的應用。陳建華等采用溶膠凝膠法制備了多種離子摻雜的納米TiO2光催化劑。摻雜V、Ag、Ni、La、Fe能夠有效提高光催化降解甲基橙的脫色率。R.Asahi等發(fā)現(xiàn)氮替代少量的晶格氧可以使TiO2的帶隙變窄，在不降低紫外光下活性的同時，使TiO2具有可見光活性。目前，非金屬離子摻雜集中于N、C、B、S以及F、P等。Huang Xianhuai等在Ti(SO4)2溶液中加入濃氨水得到氫氧化鈦沉淀，在400-700下煅燒該沉淀，得到摻氮TiO2，通過對甲基橙和苯酚的降解實驗發(fā)現(xiàn)，摻N的Ti

5、O2比純的TiO2有更高的活性。相關研究表明，多種元素的共摻雜往往能夠比單一摻雜更加有效地提高TiO2的可見光活性，提高其脫色效率。 三、技術應用研究 目前TiO2研究工作大都以實驗室自配廢水作為原水進行，而實際生產(chǎn)過程中的廢水的研究不多。Pantelis等以希臘中部某紡織廠的實際生產(chǎn)廢水直接作為試驗用水，進行TiO2的光催化研究，以400W高壓汞燈作為光源，將TiO2-廢水懸浮液置于暗處30分鐘，試驗表明TiO2光催化可以將含有活性染料及無機化合物和有機助劑的廢水完全脫色并有效降低其中的TOC，同時可以降低廢水的毒性。趙洪等依據(jù)納米二氧化鈦制備及應用的小試試驗基礎上確定的工藝，設計了處理量為

6、lt/d的中試裝置，以難降解偶氮染料4BS為污染物配制的廢水進行模擬試驗?？疾炝顺跏紁H、初始濃度、光照強度、催化劑循環(huán)使用次數(shù)對降解效果的影響。研究表明，該工藝能夠有效地將染料褪色、降解，色度去除率達到95以上，CODcr去除率可達80以上。 粉末狀TiO2缺點是光催化工藝后需要附加催化劑的分離工序，而TiO2顆粒細小，且密度較小，傳統(tǒng)的過濾、沉淀、離心等分離方法很難對其進行有效分離、回收：懸浮態(tài)二氧化鈦顆粒對光的屏蔽作用也會影響光源的輻照深度，限制了懸漿體系太陽能光催化反應器的商業(yè)化推廣應用。利用膜分離耦合TiO2光催化技術實現(xiàn)TiO2的分離回收，不僅效果好，而且操作簡單、費用低。Moli

7、nari等的實驗證實，懸浮型光催化耦合分離膜可以對光催化劑和反應體系中不同性質(zhì)的污染物進行選擇性分離：而對于某些初始形態(tài)下不能被簡單膜分離去除的重金屬離子，通過光催化氧化與分離膜的耦合技術改變重金屬離子的化合價態(tài)和存在形態(tài)，進而可以達到徹底的膜分離去除目的。Prieto等用微濾膜/光催化反應器處理含有染料和助劑的廢水，能夠達到預期的去除率。金洛楠等采用中空纖維膜研制的光催化超濾反應器，以11w低壓汞燈為光源，對染料廢水有很好的降解效果，且粉末態(tài)催化劑能實現(xiàn)良好分離。        分離膜可以有效截留催化劑，但催化劑

8、附著和有機物污染也會造成膜孔的堵塞，這是該工藝需要解決的主要問題。楊群豪等對懸浮床光催化一膜分離反應器中膜污染的控制進行了實驗研究。結(jié)果表明，采用“水洗堿洗”的方法可以使膜阻力降低到清潔膜的水平，“間歇水逆洗膜下曝氣”的方法可有效控制膜的污染。Doll等的實驗也證實用微濾膜分離粉末態(tài)二氧化鈦催化劑的光催化膜反應器耦合工藝配合適當?shù)姆礇_洗工藝可使微濾膜在徹底分離光催化劑的基礎上長時間保持較高的水通量。 四、結(jié)語 粉末狀TiO2光催化氧化法在印染廢水處理中的應用還處于實驗研究階段，應用于實際處理工藝還都存在一些問題。TiO2存在禁帶較寬、光利用效率不高和難回收等弊端。粉體TiO2在使用過程中易凝聚、難回收，摻雜改性TiO2的機制及具體過程仍未充分研究。負載或成膜TiO2雖然可以克服粉體TiO2的一些缺點，是今后的研究方向。TiO2光催化和膜分離技術如何能夠有效地耦合在一起，發(fā)揮各自優(yōu)勢，聯(lián)合運用也逐漸成為研究的熱點。隨著研究的不斷深入，TiO2光催化技術將逐漸從實驗走向工業(yè)應用。 參考文獻： 1單國華，賈麗霞，印染廢水處理方法及其研究進展J，廣西輕工業(yè)，2007，(4) 2袁飛，徐曉丹，印染廢水處理工藝的實踐