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纳米材料在印染废水处理中的应用进展

来源:毕东苏 ,曹亚玲,李红兵 发布时间:2011年02月15日
1 引 言印染废水是我国目前主要的有害、难处理工业废水之一。主要污染物有染料、浆料、助剂、纤维杂质、油剂、酸碱以及无机盐等。其特点是废水量大、水质复杂、有机物浓度高、难生物降解、色度深、水质变化快而无规律等特点,其中尤以染料的污染最为严重。其残存的染料组分即使浓度很低,也会造成水体透光率降低,导致生态环境的破坏。目前,国内处理印染废水多以生化法为主,辅以化学法。普遍存在处理投资费用大、运行成本高、处理效果不佳、COD和色度去除困难等缺点。自1976年J.H.cary等人报道了在紫外光照射下,纳米TiO2可以使难降解的多氯联苯脱氯以来,迄今已发现有数百种有机污染物可通过光催化处理。纳米材料光催化氧化技术应用在处理有毒、难生物降解废水中,是基于纳米材料的巨大的比表面积和表面自由能。其原理是,在紫外光照射下,纳米材料表面会产生氧化能力极强的羟基自由基(·OH),使水中的有机污染物氧化降解为无害的CO2和水。纳米材料光催化氧化技术的优点是:(1)降解速度快,一般只需要几十分钟到几个小时即可取得良好的废水处理效果;(2)降解无选择性,几乎能降解任何有机物,尤其适合于氯代有机物、多环芳烃等:(3)氧化反应条件温和,投资少,能耗低,用紫外光照射或阳光下即可发生光催化氧化反应;(4)无二次污染,有机物彻底被氧化降解为CO2和H2O;(5)应用范围广,几乎所有的污水都可以采用。本文对纳米材料在印染废水污染控制中的应用进行分析探讨。2 纳米材料在印染废水处理中的应用2.1 纳米TiO2在印染废水处理中的应用近年来,以纳米材料为催化剂,利用光催化及光电催化氧化法对印染污水进行处理受到各国环境工作者的关注。在光催化法中,主要应用日光及多种人工光源(紫外光,激光等),再加上与其他技术联用(如通入O2、加入H2o2等光氧化剂或光敏化剂),使有机染料脱色降解率达到90%以上。而且这种反应只
需要光、催化剂和空气,处理成本相对较低,是一种较有前途的废水处理方法。谭湘萍等人采用新型载银二氧化钛(TAS)为催化剂,以高压汞为光源对杭州某印染厂废水处理站的印染和精炼废水生化处理出水进行光降解研究。研究结果表明,TAS催化剂对COD 的降解具有良好的催化作用,在120min内,废水的COD去除率达到83.4%,90min内脱色率达到100%。在光电催化氧化法中,主要在光催化氧化装置基础上配以阳极和阴极,并加上正向偏压,以阻止光激发产生的电子与空穴的简单复合,提高对有机染料的催化氧化活性。姚清照等人将半导体光催化和电化学结合起来,在导电的石英玻璃上制成纳米结构的粒状TiO2膜作为工作电极,用铂丝作为辅助电极,饱和甘汞电极作为参比电极构成化学电池,用中压汞灯作为辐射光源构成光电催化反应器,对酸性品红、酸性铬蓝K、铬黑T三种染料溶液进行催化,其降解率可达82%。纳米Tio2光催化剂对活性黄x6G、活性红X3B、活性蓝XBR、碱性绿、碱性紫5BN、碱性品红等6种染料溶液的光解脱色效果的研究表明,在pH=2的酸性溶液中,对浓度为6Omgm 的6种染料溶液的脱色率均超过93.3%,即使对浓度达200mg/L的活性蓝溶液,其脱色率仍可达78.8%t4]。纳米TiO2对偶氮染料降解的研究也表明,其对一品红、铬蓝K、铬黑T溶液的降解有显著效果。以钛酸四丁酯、硬脂酸、乙醇等为原料,采用硬脂酸凝胶法合成TiO2纳米晶材料,对实际染料废水进行催化氧化的实验结果表明:在高压汞灯照射下,染料废水的cOD去除率最高可达77%,色度去除率达90.8%,而通入氧气有利于有机物的去除。最佳工艺条件为:TiO2浓度=lgm,T =30℃,pH=4,通氧量为50ml/min,照射时间是300min 。

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