光催化氧化法的催化剂固定化技术研究

光催化氧化法是近20年才出现的水处理技术，在足够的反应时间内通常可以将有机物完全矿化为CO2和H2O等简单无机物，避免了二次污染，简单高效而有发展前途。由于以二氧化钛粉末为催化剂的光催化氧化法存在催化剂分离回收的问题，影响了该技术在实际中的应用，因此将催化剂固定在某些载体上以避免或更容易使其分离回收的技术引起了国内外学者的广泛兴趣。

1 催化剂固定化技术的研究现状

目前，国内外对催化剂固定方式的研究主要有两种。第一种是非填充式固定床型的固定技术，它以烧结或沉积方法直接将催化剂沉积在光催化反应器内壁，进行污水处理时以泵为动力，使污水在污水槽与光催化反应器之间循环回流，光催化反应在反应器里进行。譬如，张彭义等人研究了苯甲酸类物质的光催化降解，其TiO2的固定方法如下［1］：用两个120W高压汞灯辐射铝板，同时含有TiO2粉末的酸性悬浮液不断循环流过被辐射的铝板，悬浮液中的TiO2在紫外光和酸性条件的作用下沉积在铝板上而形成固定膜。第二种是填充式固定床型的固定技术［2］，即将TiO2烧结在载体(如砂、硅胶颗粒、玻璃珠、玻璃 纤维等)表面，然后将上述颗粒填充到反应器里。此类固定技术虽可增大光催化剂与液相的接触面积(反应速率比悬浮型光反应器还要高)，但载体颗粒较小，还需进行繁琐的分离、回收过程［3］。

2 催化剂固定化技术研究

2.1机理探讨

有研究表明［4］，一种类似于非填充式固定床型的催化剂固定技术，即布置于反应器底部、载有TiO2膜的玻璃纤维经过表面修饰(在TiO2表面担载某些重金属或金属氧化物 ，如Ag、Au、Pt、Pd、Nb、RuO2和Pt-RuO2等)能提高TiO2光催化活性。考虑到采取 此项技术进行饮用水深度净化时，金属含量低则不起作用，含量高则使水中重金属含量超过饮用水标准，故笔者试图从另一角度，即提高TiO2吸附能力方面来研究催化剂

活性炭因其比表面积大、吸附能力强及疏水性能好等优点，一直被广泛应用在水处理方面。笔者借助于活性炭这一优点来提高固定催化剂的光催化降解性能，即将TiO2粉末连同粉末 活性炭一起被固定在反应容器内壁，然后对自来水进行深度处理试验。作为对比，同时对纯TiO2进行了试验。

为便于比较，进行了不同工艺条件下的试验。一种是以牛皮纸代替反应器内壁，将催化剂固定在牛皮纸一侧，按所需催化剂用量将相应大小的牛皮纸衬在反应器内壁进行试验。另一种直接以TiO2粉末为催化剂进行试验，处理后的水用0.45μm滤膜进行抽滤。试验装置如图1所示，反应器由玻璃制做，尺寸为6×56cm，容积为1582cm3，实际容积( 除去紫外灯)为1287cm3；石英紫外线杀菌灯的功率为20W，主波长为253.7nm，在本试 验条件下光强E为3.90×103μW/cm2；气泵的作用除进行曝气以促使TiO2在溶 液中呈悬浮态以外，还提供空气，实际是利用空气中的O2为氧化剂作为电子接受体，防止电子和空穴的复合。