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    光催化處理染料廢水技術(shù) 哪家技術(shù)好?

    更新日期:2021-11-22 14:28

     

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    摘要:對不同光催化技術(shù)作用原理進(jìn)行分析,確認(rèn)光催化處理對染料廢水處理效果。

     

    多年以來,染料因其能給各種物質(zhì)賦予不同的顏色而普遍應(yīng)用于印刷、紡織和皮革等重要的工業(yè)之中。據(jù)調(diào)查顯現(xiàn),目前全球染料年產(chǎn)量超越700萬噸,一切的染料種類曾經(jīng)超越10萬余種,常用染料有2000種以上,而且每年人工合成的新型染料也層出不窮。隨著染料新種類的不時呈現(xiàn)。普通而言,運用染料到達(dá)需求的染色目的之后,其剩余物質(zhì)并未經(jīng)過相應(yīng)的處置隨意丟棄,以至直接污染水體。其中紡織行業(yè)所排放的染料廢水占52%,占領(lǐng)現(xiàn)有染料廢水的一半以上,染色工業(yè)占20%,造紙和紙漿工業(yè)占12%,制革和涂料工業(yè)占7%,染料制造業(yè)占9%。

     

      眾所周知,染料廢水不只僅在感官上產(chǎn)生一定的不適,重要的是燃料廢水的毒性可能會危及動物和人類的生命平安。當(dāng)前,從水體中去除染料分子不只僅成為了一個主要的環(huán)境問題,他還會給我們帶來一定的應(yīng)戰(zhàn),假如沒有適宜的去除辦法,將會對清潔水源形成極大的影響。開發(fā)去除效率高且環(huán)保友好型資料遭到各界研討者的普遍關(guān)注。在目前的研討中,有各種各樣的辦法進(jìn)行染料工業(yè)廢水處理,如物理吸附法、物理化學(xué)法、高級氧化法和微生物處置法等。這些辦法都各有優(yōu)缺陷,在這些辦法中,高級氧化法中的光催化法具有資料添加少,處置效率高且能毀壞染料分子的構(gòu)造,使得染料廢水的毒性降低以至消逝的優(yōu)點。本文將對光催化法處置染料廢水實施綜述。

     

      1、染料廢水的分類和特性

     

      在日常消費生活中,因染料品種較多造成染料廢水品種繁多,去除和可降解水平也不盡相同。依據(jù)染料的品種能夠把染料廢水分為直接染料廢水、偶氮染料廢水、復(fù)原性染料廢水、可溶性染料廢水、活性染料廢水、硫化染料廢水、分散性染料廢水、金屬絡(luò)合染料廢水、媒介染料廢水、酞菁染料廢水、氧化染料廢水和縮聚染料廢水。

     

      印染廢水具有水質(zhì)變化大、色度高、堿性大、水量大和可生化性差等特性,是屬于較難處置一類廢水。染料廢水水溫普通較高,所以不能直接排入廢水處置系統(tǒng),所以需求先在調(diào)理池實施降溫冷卻后對水量和水質(zhì)實施相應(yīng)調(diào)理,避免后續(xù)水質(zhì)浮動影響處置效果。

     

      染料是有機(jī)芳香族化合物苯環(huán)上的氫被鹵素、硝基、胺基取代以后生成的芳香族鹵化物、芳香族硝基化合物、芳香族胺類化學(xué)物、聯(lián)苯等多苯環(huán)取代化合物,生物毒性都較大,有的還是三致冶物質(zhì)。廢水中有機(jī)物含量高,成分復(fù)雜,有害物質(zhì)含量高。普通的酸、堿、鹽等物質(zhì)和肥皂等洗濯劑固然相對無害,但他們對環(huán)境仍有一定影響。

     

      2、光催化處置染料廢水

     

      光催化技術(shù)早在1972年由科學(xué)家FujishimaAHongdaK發(fā)現(xiàn)TiO2的這種n型半導(dǎo)體能夠光解水產(chǎn)氫,隨著時間的推移,光催化應(yīng)用也越來越普遍,一些學(xué)者將其應(yīng)用于降解污染物上并獲得了不錯的成果。在光催化降解污染物的開展過程中,紫外光催化因其對太陽光應(yīng)用率低等缺陷,使得研討者們把眼光紛繁投向可見光催化降解污染物。

     

      2.1 紫外光催化處置染料廢水

     

      在紫外光催化降解染料廢水的研討中,肖同欣等以羅丹明B模仿染料廢水并在紫外光下采用TiO2納米管對其實施光催化降解,研討并剖析了納米管的用量,pH和光照條件研討對降解的影響。路鑫等將商業(yè)TiO2納米顆粒和離子液體實施物理摻雜,構(gòu)建了具有選擇性功用的復(fù)合光催化體系,在紫外光的映照下能夠完成對染料廢水的選擇性降解,研討標(biāo)明,該復(fù)合體系不只能夠提升TiO2對陰離子染料的降解效率,還能夠抑止對陽離子的降解,20min即可將10mg/L的甲基橙溶液簡直完整脫色,并且簡直能夠完整抑止對陽離子染料的降解,對陰陽離子的回收和別離得到了很好的簡化。張一兵團(tuán)隊也將TiO2納米資料實施了鐵摻雜改性,采用水熱法制備出復(fù)合資料,并對其實施了表征研討,發(fā)現(xiàn)該復(fù)合資料中的TiO2為銳鈦礦型,是屬于三種晶型中光催化性能最好的,形貌為三維花狀,是由細(xì)小的納米晶定向匯集而成的。據(jù)研討顯現(xiàn),在紫外光映照下,當(dāng)鐵摻雜量為摩爾分?jǐn)?shù)5%的時分,對1.5g/L茜素紅降解率為88.07%,比純TiO2光催化降解效率提升40.2%。

     

      對TiO2改性以期提升光催化效率是研討者們較為等待的,李大軍等以鹽酸為無機(jī)酸,采用原位聚合法制備出不同摩爾比的聚吡咯/二氧化鈦復(fù)合微球,以亞甲基藍(lán)染料為目的污染物,調(diào)查其在紫外光條件下對亞甲基藍(lán)染料(MB)的降解效率,結(jié)果標(biāo)明:制備ppy/TiO2復(fù)合微球的最佳條件為摩爾比101,投加量為1.5g/L提升反響溫度有利于光催化效率的提升,但對吸附量影響小,在酸性條件下廢水中亞甲基藍(lán)的去除效果優(yōu)于中性和堿性條件下的去除效果,影響要素優(yōu)化后,經(jīng)30min吸附和3h紫外光催化處置,MB的去除率可達(dá)99.1%ppy/TiO2復(fù)合微球?qū)?/font>MB和孔雀石綠這2種離子染料均有較高的去除率,紫外光催化降解MB的反響契合Langmuir-Hinshe lwood動力學(xué)模型,復(fù)合微球循環(huán)運用20次對MB的去除率仍然可到達(dá)92.7%以上,闡明ppy/TiO2復(fù)合微球有極強(qiáng)的循環(huán)穩(wěn)定性和應(yīng)用潛力。劉文卿等采用負(fù)載型TiO2/ACFs光催化劑在紫外光映照下,處置活性艷紅X-3B染料廢水,在反響2h條件下去除率可達(dá)90%。王斯琪等在劉文卿制備的復(fù)合資料根底上負(fù)載CdS構(gòu)成復(fù)合半導(dǎo)體資料,將其在紫外光條件下處置孔雀石綠染料廢水,結(jié)果發(fā)現(xiàn)對色度降解97%COD也降解了88%。

     

      在紫外光條件降落解染料廢水的資料也不只僅是TiO2及其復(fù)合資料,比方李大軍團(tuán)隊以AgNO3、NaHCO3、NaH2PO4KCl為原料,采用兩步法制備了有高活性且性能穩(wěn)定的AgAgCl/Ag3PO4復(fù)合光催化劑,研討了該催化劑在紫外光下對陽離子染料廢水番紅花紅T(簡稱ST)降解的催化反響性能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)降解效率可達(dá)98%,經(jīng)過機(jī)理實驗發(fā)現(xiàn),超氧自在基和羥基自在基是其降解過程中的主要活性物種。曾寶對等以三聚氰胺為前驅(qū)體直接熱聚合制備石墨相碳化氮(g-C3N4),應(yīng)用濃硝酸實施刻蝕,取得硝酸改性g-C3N4。在紫外光條件降落解偏二甲肼廢水具有很好效果。

     

      2.2 可見光催化處置染料廢水

     

      可見光催化降解污染物是從紫外光演化而來,在可見光催化處理染料廢水中,鉍系可見光催化劑表現(xiàn)出優(yōu)良的性能。如張宇團(tuán)隊過水熱法制備了不同復(fù)合比例的AgVO3/BiVO4復(fù)合型光催化劑,以有機(jī)染料甲基橙作為目的降解物評價了其光催化活性,當(dāng)AgVO3BiVO4的摩爾比為70%時,光催化活性最高且穩(wěn)定性良好,光照50min對甲基橙降解率高達(dá)96.7%,較純BiVO4提升86.5%,且該體系中的主要活性氧物質(zhì)為空穴。由于二者構(gòu)成了異質(zhì)結(jié)構(gòu)造,進(jìn)一步促進(jìn)了光生電子-空穴的別離,從而提升了光催化活性。盧濤等[20]采用化學(xué)沉淀法和水熱法制備了BiOCl/SiO2/Fe3O4光催化劑,將該催化劑在可見光條件下去除亞甲基藍(lán)廢水,結(jié)果標(biāo)明,該復(fù)合資料對10mg/L的亞甲基藍(lán)溶液的脫色率到達(dá)93.2%,并且此類復(fù)合資料具有便利的可回收性和反復(fù)運用性,將是一種較有前景的磁性光催化劑。韓秀萍等采用水熱法制備了BiOI/BiVO4復(fù)合光催化劑。同樣在可將光條件下運用模仿的亞甲基藍(lán)溶液作為目的物,研討標(biāo)明,在可見光映照100min時,降解率達(dá)81.22%,而相同條件下,BiVO4對亞甲基藍(lán)的降解率僅為33.28%。鄒對等采用水熱-超聲輔助原位法合成了CeBiVO4/Fe3O4復(fù)合光催化劑,以亞甲基藍(lán)(MB)為目的降解物,應(yīng)用單要素變量法調(diào)查了催化劑反響條件對光催化性能的影響。結(jié)果標(biāo)明,可見光下反響90min的條件下,對25mg/LMB降解率達(dá)97.3%

     

      經(jīng)過研討者們對資料的改性和修飾,使得TiO2也不只僅在紫外光條件下才干起到降解效果。最近,有研討標(biāo)明TiO2在可見光條件下對染料廢水也有較好的降解效果。如鄧燕萍等采用石墨烯/TiO2復(fù)合資料對染料廢水實施光催化降解。研討染料廢水初始pH值、初始濃度、催化劑的參加量、不同系列染料(羅丹明B、亞甲基藍(lán)、甲基橙)對石墨烯/TiO2光催化性能的影響,結(jié)果標(biāo)明石墨烯/TiO2光催化降解染料廢水在60min內(nèi)能夠完整脫色。任百祥應(yīng)用水解-共沉淀法制備碳摻雜二氧化鈦光催化劑,并應(yīng)用響應(yīng)面法評價了鈦水比例、煅燒溫度、pH值對催化劑性能的影響。發(fā)現(xiàn)對甲基橙溶液具有較好的降解效果。

     

      除了較常見的鉍系和TiO2催化劑之外,也有一些對染料廢水降解較優(yōu)良的催化劑,如彭慧的團(tuán)隊采用化學(xué)沉淀法合成了不同AgI質(zhì)量比例的AgI/g-C3N4復(fù)合資料。在可見光映照下,測試了其光催化氧化降解孔雀石綠(MG)染料的性能。結(jié)果標(biāo)明:制備的AgI/g-C3N4復(fù)合資料具有較好的可見光響應(yīng)性,且對MG具有較高的光催化降解活性。在可見光映照2h,AgI/g-C3N4(20%)投加量為1.0g/L的條件下,對染料廢水中質(zhì)量濃度為10mg/LMG降解率到達(dá)98.8%。

     

      3、光催化處置染料廢水的原理

     

      光催化的原理是應(yīng)用光來激起二氧化鈦等化合物半導(dǎo)體,應(yīng)用它們產(chǎn)生的電子和空穴來參與氧化-復(fù)原反響。當(dāng)能量大于或等于能隙的光映照到半導(dǎo)體納米粒子上時,其價帶中的電子將被激起躍遷到導(dǎo)帶,在價帶上留下相對穩(wěn)定的空穴,從而構(gòu)成電子-空穴對。

     

      經(jīng)過光照光催化劑使得光生電子空穴對實施重組,或者經(jīng)過復(fù)原溶液中的物質(zhì)(例如,O2),能夠經(jīng)過氧化物質(zhì)(例如,H2O2,有機(jī)化合物)和光生電子空肅清光生空穴。這些組合主要造成TiO2外表構(gòu)成羥基自在基(·OH)以及超氧自在基陰離子和氫過氧自在基,它們可以毀壞染料分子的有毒構(gòu)造,使其毒性減輕以至消逝。通常狀況下,光催化氧化反響以半導(dǎo)體為催化劑,以光為能量,將有機(jī)染料降解為二氧化碳和水。

     

      4、總結(jié)

     

      在日常消費生活中,我們離不開染料這種物質(zhì),也就一直有染料廢水的產(chǎn)生,那么對染料廢水的降解也就不斷存在,固然研討者們在這方面曾經(jīng)獲得了相應(yīng)的成果和提升,但還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。目前,光催化處置染料廢水在實踐應(yīng)用過程中依然遭到許多限制,需求研討出簡單易得、高效、環(huán)保節(jié)約型的光催化劑來處理目前存在的艱難,使得該技術(shù)在染料廢水降解中可以應(yīng)用到實踐,拓寬推行面,經(jīng)過不時改善和優(yōu)化條件,置信在不久的未來,將會發(fā)現(xiàn)高效煩瑣且環(huán)保的光催化資料應(yīng)用于染料廢水處置中。

     

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