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光催化氯化處理飲用水中有機污染物

發(fā)布時間:2010年7月15日 來源:中金信息網

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  (4)PH值的影響:光催化氧化的較高速率,在低PH和高PH值時都可能出現(xiàn),PH值的變化對不同反應物降解的影響也不同[5-6]。

  (5)外加氧化劑的影響:光催化反應要有效地進行,就需減少光激電子與空穴的簡單復合,這可以通過將光生電子、光生空穴之一或兩者同時被不同的基因俘獲而實現(xiàn)。由于氧化劑是有效的導帶電子的俘獲劑,已發(fā)現(xiàn)光催化氧化的速率和效率在有O2、H2O2、過硫酸鹽、高碘酸鹽存在著明顯提高。但有時也發(fā)現(xiàn)添加的H2O2濃度太高或太低時無增強效應,在降解氯乙酸時,甚至出現(xiàn)負效應。

 ?。?)鹽的影響:高氯酸、硝酸鹽對光氧化的速率幾乎無影響,而硫酸鹽、氯化物、磷酸鹽則因它們很快被催化劑吸附而使得氧化速率減少了20~70%。這說明無機陰離子可能與有機分子競爭表面活性位置或在接近顆粒粒表面的地方產生高極性的環(huán)境,因而“阻塞”了有機物向活性位置的擴散。

  (7)反應溫度的影響:光催化反應對溫度的變化不敏感,這是因為光催化反應的表觀活化能低

  3、提高光催化氧化反應速率的方法:

  (1)在反應體系中加入氧化劑或Fe3+、Cu2+等金屬離子。氧化劑是導帶電子強有力的俘獲劑,由于氧化劑的加入,極大的減少了光致電子與光致空穴簡單復合的幾率。常用的氧化劑有O2、H2O2、過硫酸鹽、高碘酸鹽等。
(2)在催化劑表面擔載隋性金屬。在催化劑表面擔載Pt、Au、Pd、Rh、Nb等隋性金屬,有利于光致電子向外部遷移,防止光致電子和空穴的簡單復合,提高了催化劑的反應活性。
(3)使用具有吸附功能的復合催化劑。反應物在催化劑表面的吸附,將有助于催化劑氧化反應的進行將催化劑與活性炭或沸石等吸附劑一起制成復合催化劑,將提高催化劑的催化氧化性能。降解速率的提高與吸附劑的吸附能力成正比。

  4、光催化反應器的類型

  (1)懸浮型光催化反應器:由 TiO2與有機物溶液組成懸浮液,通過環(huán)紋型、直通型或同軸石英管夾層構成的流通池,輻射淘汰直接輻射流通池,此類光催化反應器結構較簡單,水處理后期 TiO2的分離和回收過程較繁,而且由于懸濁液的溶劑及其它化學組分對光的吸收,使輻射深度受到影響[7]。
(2)固定床型光催化反應器:目前多采用浸漬法、空氣干燥法、真空干燥法、溶膠——凝膠法將TiO2或含Ti的溶膠沉積在載體上,經過高溫燒結,TiO2固定在載體上。常用的載體有砂子、玻璃板、環(huán)紋管內壁、石英纖維等。 固定床型光催化反應器雖然可避免TiO2的分離和回收過程,但在高溫燒結過程中TiO2的多孔結構發(fā)生變化,而且僅有部分TiO2面積有效地與液相接觸。而懸浮型光催化反應中顆粒則懸浮在液相中,整個顆粒與液相完全接觸[8-11]。

  5、光催化氧化法的優(yōu)點:

(1)可以使大多數(shù)污染物完全破壞而不形成中間物,如將鹵代物完全轉化成CO2和鹵代烴;
(2)可以適用于低濃度污染物的治理,利用這一特點可以采用光催化法制備超純水;
(3)具有較好的普適性。幾乎所有的水中污染物均可通過多相光催化過程得到降解。對于許多無法進行生物降解的污染物也可以通過光催化過程得到轉化;  
(4)使用空氣或氧氣氧化劑,具有價廉、安全的優(yōu)點;
(5)所使用的催化劑如TiO2具有價廉、易得的優(yōu)點,且在許多介質中均表現(xiàn)出很好的穩(wěn)定性。因此,光催化氧化技術是很有發(fā)展前途的水處理技術。
光催化氧化技術的應用前景:
(1)去除飲用水中微量有機污染物,應用于家庭、集團或企事業(yè)單位飲用水的深度處理;
(2)處理小何種的高濃度特種有機廢水。
光催化劑氧化法的研究存在的問題很多,諸如光敏半導體的光催化活性較低,不能充分利用太陽能;反應在裝置簡陋,不能滿足大規(guī)模處理廢水及飲用水的需要,光催化降解機理的研究中缺乏呂間產物及活性物種的鑒定。而機理的研究仍停留在設想與推測階段。對有機物考察,大多限于單一組份,與實際的復雜多組份情況相距較遠。以太陽光為光源泉時,易受天氣陰晴變化的影響等等。
今后研究的重點:
(1)選擇合適的載體和固定化方法或制備其它開關的光催化劑解決光催化劑的分離回收或固定化問題;
(2)尋找最佳反應條件,設計開發(fā)高效實用的光催化氧化凈水器;
(3)解決太陽能的利用總是利用摻雜改變催化劑的晶體結構,降低其能帶寬度,使其能被長波太陽光激發(fā),從而使該法耗能少,成本低;
(4)篩選或制備更為高效實用的光催化劑,防止催化劑中毒,改變催化劑的表面特性,增大其比表面,提高光催化反應的量子效率。

參考文獻

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3. J.R.Harbour et al,J.Chem,1985,63:204
4. Okamato K et al,Kinetics of Heterogeneous Photocatalytic Decomposition of Phenol over Anatase TiO2 Powder,Bull,chem,Soc,Jpn,1985,58:2023--2027
5. Pruden AL et al,Degradation of Chloroform. by photoassisted Heterogeneous Catalysis in Diute Aqueous Suspension of Titanium Dioxide.E.S.T,1983,17:628-631.
6. Harada H et al,Semiconductor Effect on the Selective Photocatalytic Reaction of; α-hydroxycarboxyxylic Acid.J.Phys.Chem,1989,93:1542-1548.
7. Rosana M,Alberici and Wilson F.Jardim,Wat.Res,1994,28:1845-1849
8. J.Sabate,et al,J Catalysis,1992,134:3328-3333.
9. Ralph W,Matthews,J.Phys.Chem,1987,91:3328-3333
10. Hussain Al-Ekabi and Nick Serpone,J.Phys.Chem,1988,92:5726--5731
11.Ralph W,Matchews,Wat.Res,1991,25:1169-1171.

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