半导体光催化氧化法处理印染废水的研究

印染废水因其排放量印染在线网大，有机污染物含量高，色度深，一直是国内外难处理的工业废水之一。据报导，废水中含有苯环、胺基、偶氮等基团的染料，使人易患膀胱癌[1]。

近年来以半导体为催化剂，采用光化学方法处理工业废水的研究已越来越引起人们的重视。但是，由于半导体催化剂多以粉末状悬浮于反应体系中，分离和回收十分困难，成为这种方法商业化、工业化应用的主要障碍之一[2]。

本文报道了以某丝绸厂的印染废水为处理对象，采用特定技术，将TiO2固定在玻璃质反应器内壁，以125W高压汞灯为光源对该印染废水的处理结果，并探讨了多种因素对光降解的影响，为该方法的工业化应用，作了一些有意义的探索。

1实验部份

1.1主要仪器和试剂

5B-1型COD快速测定仪(兰州炼化环保仪器研究所)724微机型分光光度计〔上海光学仪器厂〉；PH-3C数字型精密酸度计〔武汉市仪表研究所〉；125W直管GGZ型高压汞灯〔上海亚明灯泡厂，主要工作波长365nm〉。

TiO2沈阳试剂四厂，化学纯,印染废水取自武汉某丝绸厂总排污口，初始COD。为420mg/L，初始色度为200倍。PH为12。

1.2实验方法

以500mL普通玻璃烧杯为反应器，采用特定方法〔将另文报道〉将TiO2分层涂布在反应器内壁，形成坚固的膜。涂布层数可根据需要而定。将125W直管高压汞灯置于一石英玻璃套管中插入水样中，对水样进行光照，同时通入空气。每隔一定时间取样分析。同时作空白实验和暗对照实验，以消除非光解因素对实验的影响。

1.3分析方法

试样的色度用稀释倍数法测定。水样的COD。采用52―1型COD快速测定仪测定。

2结果与讨论

2.1光照时间与光降解的关系

表1为废水光照不同时间后的实验结果。实验条件为静置后废水500mL，调PH3~?5，TiO2涂布8层。我们还做了一组对照实验，仅用紫外光照射而没有TiO2作催化剂，结果一并列入表1。印染在线网

从以上结果可以看出，当光照时间为30min时，在紫外一TiO2(UV/TiO2)系统中，COD0 0去除率已达85.6%,脱色率达100%。而在单纯的紫外（UV）系统中，尽管已达到38%的脱色率，但COD的去除率是很低的，说明只有在光照和丁iO2同时存在的条件下，该印染废水才能被有效降解。TiO2作为光降解反应的催化剂，其机理已有报道[3]，此处不再赘述。

3.2染料溶液PH值对光降解的影响

实验条件同1 1，改变印染废水的PH值，固定光照时间30min，测定废水溶液PH值对光降解的影响，结果见表2。

实验结果表明，这种印染废水在酸性条件下有较高的降解率。这是因为废水溶液中的有印染在线网机物在降解过程中首先与溶解氧生成基态电荷转移复合物CTC。在光的作用下这种CTC转变成激发态，它在酸性条件下易离解成R+和O2-自由基，从而加速了有机物的光降解[4]。

TiO2薄层层数的影响

实验条件同1 1，固定光照时间30min，测定了TiO2薄层层数对光降解的影响，结果见表3。

实验结果表明，随着TiO2层数的增加，降解率上升。当涂布层数达6层以后，降解率变化不大，基本保持恒定。这是因为采用本法所制备的TiO2薄膜是多孔性的。在一定的厚度范围内膜厚度增加有利于提高膜的吸光效率，增大反应面积以及对反应物的吸附作用，从而加快了光催化反应的进行。

通空气对光降解的影响

有机物的光降解反应是需要消耗水中的溶解氧的。氧被吸附在TiO2表面，是光致电子的俘获剂。它既抑制电子与空穴的复合，又可以氧化已经羟基化的反应产物。它俘获了光致电子以后可以生成O2-，O-，经过质子化作用后能够成为表面OH-的另一来源[5]。因此，废水中氧的含量，在光降解反应中有十分重要的作用。我们研究了通空气和不通空气对光解反应的影响，结果见表4。

以上结果十分清楚地表明充气在光降解反应中的重要作用。

2.5关于催化剂催化活性的研究

在目前以TiO2为催化剂对有机物进行光降解的报道中，较多的是悬浮液体系。我们在其他条件不变的前提下，比较了悬浮态TiO2和附着态TiO2的催化效果，结果见表5。

从以上结果可以看出，悬浮状TiO2的催化效率稍高于附着态TiO2。但悬浮状TiO2难于分离回收。从工业化的角度出发，采用附着态TiO2，仍能达到满意的降解效果。

3结论

3.1本研究以125W直管高压汞灯为光源，以TiO2为催化剂，将TiO2固定在玻璃质反应器内壁上，对印染废水进行了有效的光降解。

3.2在酸性条件下降解率较高。

3.3当TiO2的附着层数达一定值后，降解率基本保持恒定。

3.4在光解反应过程中不断充气对加快光解反应有重要的作用。尽管悬浮状TiO2的催化效率稍高于附着态TiO2，但附着态TiO2可克服悬浮态TiO2的缺点，且仍能达到满意的催化效果。