催化剂在污水处理中的应用研究

催化剂在污水处理中的应用研究

摘要：水资源污染是环境污染中的突出对象，提高污水处理技术是环保领域研究的热点。光催化氧化法具有高效、稳定、无二次污染以及对各类有机污染物尤其是难生物降解的有毒污染物进行深度、彻底氧化的突出优点，光催化技术是一项新兴的水处理技术，它为彻底解决水污染问题提供新的手段，因此催化剂在污水处理等环境污染治理中具有广阔的应用前景。

关键词：污水处理； 催化剂； 光催化

Abstract: Water pollution is a prominent object in the environmental pollution, improve sewage treatment technology is a hot research field of environmental protection. Photocatalytic oxidation method has the outstanding advantages of efficient, stable, and no secondary pollution, as well as various types of organic pollutants, especially non-biodegradable toxic pollutants depth, thorough oxidation, photocatalysis is an emerging water treatment technologies, it provide new means to completely solve the problem of water pollution, and therefore it has broad application prospects catalyst in sewage treatment and environmental pollution control.Key words: sewage treatment; catalyst; photocatalytic

前言

我国水资源匮乏，是世界贫水国之一。随着人类的活动，水环境污染问题越来越严重，对污水的处理迫在眉睫。随着人类环境意识的不断提高，人们越来越重视环境治理技术的开发与应用。如何有效地控制和治理各种化学污染物对水资源、土壤和大气的破坏是环境综合治理的重点内容，开发能把各种化学污染物无害化的实用技术是各国科研工作者的主要研究工律。长期以来，对污染物的处理主要采取物理分离法、化学氧化法和生物处理法，这些方法起到了一定程度的作用，但是都还存在局限性。物理分离法只是将污染物浓缩或从一相转移到另一相，污染物并未消除；化学氧化法不能将有机物彻底分解，可能产生二次污染；生物处理法受温度、pH值和污染物种类等因素的限制。

因此，开发高效、低能耗、适焉范围广和有深度氧化能力的化学污染物消除技术一直是环保技术追求的目标。大量的实验研究表明光催化技术能有效消除水中的各类有机污染物如烷烃、酚类的芳香他合物及其衍生物、羧酸、含氮有机物、染料、有机杀虫剂等，并能将有机污染物彻底转化为无毒的H20、C02、卤素离子等无机小分子，达到完全矿化的目的，具有传统高温、常规催化技术及吸附技术无法比拟的优势。光催化技术可利用太阳光在室温下发生反应，其反应条件温和，实际应用起来比较经济。因此，光催化是一种具有广阔前景的绿色环保治理技术。

2、光催化技术具有的优点

半导体光催化氧化技术作为一种高级氧化技术，与生物法和其它高级化学氧化法相比，具有以下的显著优势：

2.1可以利用取之不尽用之不竭的太阳能作为光源激活光催化剂。以太阳光为最终的辐射能源，把太阳能转化为化学能加以利用。太阳光，是取之不尽、用之不竭的，因此大大降低了处理成本，是一种节能技术。

2.2对环境要求低，对pH值、温度等没有特殊要求。

2.3处理负荷没有限制，即：可以处理高浓度废水，也可以处理轻微污染水源水。

2.4合适的光催化剂具有廉价、无毒、稳定及可以重复使用等优点；

2.5水中所含多种有机污染物均可被完全降解为CO2、H20等，无机污染物被氧化或还原为无害物，操作条件容易控制、氧化能力强、无二次污染。

3、催化剂的选择

半导体粒子是理想的光催化剂其中TiO2锐态型是目前公认的最有效的半导体催化剂它的显著优点是能有效吸收太阳光谱中弱紫外辐射部分氧化还原性较强在较大pH值范围内的稳定性强、价廉无毒。在实际的污染治理中TiO2催化剂的存在形式主要有两种悬浮式和固定式悬浮式是采取搅拌的方式使催化剂与污水充分混合这样能保持催化剂的固有活性，但有以下不足TiO2微小颗粒易流失细小颗粒与废水的分离缓慢且费用昂贵悬浮粒子对光线的吸收阻挡影响了光的辐照深度。固定式是将TiO2等半导体材料喷涂在多孔玻璃玻璃纤维玻璃板或钢丝网上使污水流经固定的催化剂，并与之作用以这种形式存在的TiO2不易流失但催化剂因固定而降低了活性，且运行时需要提高进入反应器的水压催化剂还存在易淤塞和再生难的问题另外研究催化剂的存在状态使之经济实效目前是一项重要的课题。

4、催化剂在污水处理中的应用

对于废水中的无机化合物，纳米二氧化钛的强还原性可将cr2073-,还原成无毒的cr203，将硫酸根和氮的氧化物还原成单质或无毒低氧化态氧化物，S2-还原成单质S。同时，还可将Pb2+和Mn2+等氧化成相应的高氧化态金属氧化物而沉淀出来。另外，Ti02还可将贵金属、金、铑、钯、铂等在其表面沉积下来，这一技术可以被用来从工业废液中回收贵金属。鉴于以上的研究，湖南智能有限公司研制成功的“J氏法”技术，成功将纳米材料用于污水处理，该技术核心是将纳米材料、絮凝剂和杀菌剂加以物化改性．从而形成多元复合高效处理剂，且设计出新颖、简便实用的成套污水处理设备，广泛用于城市污水处理和各类工业废水治理。其优点是净化效率高，药剂费用低，使用方便。如将该技术推广，将会极大地推动水处理事业的发展。

5、光催化研究存在的问题及应用前景

在应用研究方面，和其他催化研究一样，光催化研究的核心是寻找性能优良的光催化剂，所以高效光催化剂筛选及制备是光催化研究的核心课题。另外，光催化技术所面临的问题是在机理和实际废水催化氧化动力学研究的基础上对光催化反应器进行最优化设计，并对催化过程实行最优操作。因此，高效多功能集成式实用光催化反应器的开发，将会成为一种新型有效的水处理手段，特别是在低浓度难降解有机废水的处理及饮用水中有害物质的去除方面发挥重要作用。该技术具有结构简单、操作条件容易控制、氧化能力强、无二次污染、节能、设备少等优点，将具有一定的工业化应用前景。

目前有关光催化降解研究的报道中以应用人工光源的紫外辐射为主它对分解有机物效果显著但费用较高且需要消耗电能因此国外研究者均提出开发自然光源或自然人工光源相结合的技术充分利用可再生清洁能源发挥光催化降解在环境污染治理中的优势同时根据我国目前净化水市场的发展情况看半导体光催化有望在宾馆办公室家庭用净化器上首先取得成功。光催化降解在环境污染治理方面的应用尚处于起步阶段，而且目前还存在诸多需要研究解决的问题如提高半导体催化剂的光催化活性以便充分利用太阳能制造价廉实用能够满足一定规模的污水处理反应装置科学优化光催化降解的条件等但光催化降解法具有可在常温常压下进行可利用太阳能的优点光敏半导体具有来源广、价格低回收利用技术简单污染治理彻底等优点。总之光催化技术为彻底解决水污染提供了新思路和新方法它在环境污染治理中有广阔的应用前景。

参考文献

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【2】魏子栋．Ti02光催化氧化研究进展【J】．化学通报，200l，2：76_78．

【3】刘滔等.太阳能光催化污水处理系统的发展及其商业化应用.云南师范大学学报,2002,1(22):10