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目前用于環(huán)境水處理領(lǐng)域的光催化劑主要種類有哪些

作者:化工綜合網(wǎng)發(fā)布時(shí)間:2022-03-26分類:催化劑及助劑瀏覽:114


導(dǎo)讀:目前用于環(huán)境水處理領(lǐng)域的光催化劑主要種類有哪些深度處理常見的方法有以下幾種。1.1活性炭吸附法與離子交換活性炭是一種多孔性物質(zhì),而且易于自動(dòng)控制,對水量、水質(zhì)、水溫變化適應(yīng)性強(qiáng)...

目前用于環(huán)境水處理領(lǐng)域的光催化劑主要種類有哪些深度處理常見的方法有以下幾種。1.1 活性炭吸附法與離子交換活性炭是一種多孔性物質(zhì),而且易于自動(dòng)控制,對水量、水質(zhì)、水溫變化適應(yīng)性強(qiáng),因此活性炭吸附法是一種具有廣闊應(yīng)用前景的污水深度處理技術(shù)。活性炭對分子量在500~3 000的有機(jī)物有十分明顯的去除效果,去除率一般為70%~86.7%[1],可經(jīng)濟(jì)有效地去除嗅、色度、重金屬、消毒副產(chǎn)物、氯化有機(jī)物、農(nóng)藥、放射性有機(jī)物等。常用的活性炭主要有粉末活性炭(PAC)、顆粒活性炭(GAC)和生物活性碳(BAC)三大類。近年來,國外對PAC的研究較多,已經(jīng)深入到對各種具體污染物的吸附能力的研究。淄博市引黃供水有限公司根據(jù)水污染的程度,在水處理系統(tǒng)中,投加粉末活性炭去除水中的COD,過濾后水的色度能降底1~2度;臭味降低到0度[2]。GAC在國外水處理中應(yīng)用較多,處理效果也較穩(wěn)定,美國環(huán)保署(USEPA)飲用水標(biāo)準(zhǔn)的64項(xiàng)有機(jī)物指標(biāo)中,有51項(xiàng)將GAC列為最有效技術(shù)[3]。GAC處理工藝的缺點(diǎn)是基建和運(yùn)行費(fèi)用較高,且容易產(chǎn)生亞硝酸鹽等致癌物,突發(fā)性污染適應(yīng)性差。如何進(jìn)一步降低基建投資和運(yùn)行費(fèi)用,降低活性炭再生成本將成為今后的研究重點(diǎn)。BAC可以發(fā)揮生化和物化處理的協(xié)同作用,從而延長活性炭的工作周期,大大提高處理效率,改善出水水質(zhì)。不足之處在于活性炭微孔極易被阻塞、進(jìn)水水質(zhì)的pH 適用范圍窄、抗沖擊負(fù)荷差等。目前,歐洲應(yīng)用BAC技術(shù)的水廠已發(fā)展到70個(gè)以上,應(yīng)用最廣泛的是對水進(jìn)行深度處理[4]。撫順石化分公司石油三廠采用BAC技術(shù),既節(jié)省了新鮮水的補(bǔ)充量,減少污水排放量,減輕水體污染,降低生產(chǎn)成本,還體現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的統(tǒng)一[5]。今后的研究重點(diǎn)是降低投資成本和增加各種預(yù)處理措施與BAC聯(lián)用,提高處理效果。1.2 膜分離法膜分離技術(shù)是以高分子分離膜為代表的一種新型的流體分離單元操作技術(shù)[6,7]。它的最大特點(diǎn)是分離過程中不伴隨有相的變化,僅靠一定的壓力作為驅(qū)動(dòng)力就能獲得很高的分離效果,是一種非常節(jié)省能源的分離技術(shù)。微濾可以除去細(xì)菌、病毒和寄生生物等,還可以降低水中的磷酸鹽含量。天津開發(fā)區(qū)污水處理廠采用微濾膜對SBR二級出水進(jìn)行深度處理, 滿足了景觀、沖洗路面和沖廁等市政雜用和生活雜用的需求[8]。超濾用于去除大分子,對二級出水的COD和BOD去除率大于50%。北京市高碑店污水處理廠采用超濾法對二級出水進(jìn)行深度處理,產(chǎn)水水質(zhì)達(dá)到生活雜用水標(biāo)準(zhǔn),回用污水用于洗車,每年可節(jié)約用水4 700 m3[9]。反滲透用于降低礦化度和去除總?cè)芙夤腆w,對二級出水的脫鹽率達(dá)到90%以上,COD和BOD的去除率在85%左右,細(xì)菌去除率90%以上[10]。緬甸某電廠采用反滲透膜和電除鹽聯(lián)用技術(shù),用于鍋爐補(bǔ)給水。經(jīng)反滲透處理的水,能去除絕大部分的無機(jī)鹽、有機(jī)物和微生物[11]。納濾介于反滲透和超濾之間,其操作壓力通常為0.5~1.0 MPa,納濾膜的一個(gè)顯著特點(diǎn)是具有離子選擇性,它對二價(jià)離子的去除率高達(dá)95%以上,一價(jià)離子的去除率較低,為40%~80%[12]。潘巧明等人采用膜生物反應(yīng)器-納濾膜集成技術(shù)處理糖蜜制酒精廢水取得了較好結(jié)果,出水COD小于100 mg/L,廢水回用率大于80%[13]。我國的膜技術(shù)在深度處理領(lǐng)域的應(yīng)用與世界先進(jìn)水平尚有較大差距。今后的研究重點(diǎn)是開發(fā)、制造高強(qiáng)度、長壽命、抗污染、高通量的膜材料,著重解決膜污染、濃差極化及清洗等關(guān)鍵問題。1.3 高級氧化法工業(yè)生產(chǎn)中排放的高濃度有機(jī)污染物和有毒有害污染物,種類多、危害大,有些污染物難以生物降解且對生化反應(yīng)有抑制和毒害作用。而高級氧化法在反應(yīng)中產(chǎn)生活性極強(qiáng)的自由基(如?OH等),使難降解有機(jī)污染物轉(zhuǎn)變成易降解小分子物質(zhì),甚至直接生成CO2和H2O,達(dá)到無害化目的。1.3.1 濕式氧化法濕式氧化法(WAO)是在高溫(150~350 ℃)、高壓(0.5~20 MPa)下利用O2或空氣作為氧化劑,氧化水中的有機(jī)物或無機(jī)物,達(dá)到去除污染物的目的,其最終產(chǎn)物是CO2和H2O[14]。福建煉油化工有限公司于2002年引進(jìn)了WAO工藝,徹底解決了堿渣的后續(xù)治理和惡臭污染問題,而且運(yùn)行成本低,氧化效率高[15]。1.3.2 濕式催化氧化法濕式催化氧化法(CWAO)是在傳統(tǒng)的濕式氧化處理工藝中加入適宜的催化劑使氧化反應(yīng)能在更溫和的條件下和更短的時(shí)間內(nèi)完成,也因此可減輕設(shè)備腐蝕、降低運(yùn)行費(fèi)用[16,17]。目前,建于昆明市的一套連續(xù)流動(dòng)型CWAO工業(yè)實(shí)驗(yàn)裝置,已經(jīng)體現(xiàn)出了較好的經(jīng)濟(jì)性[18]。濕式催化氧化法的催化劑一般分為金屬鹽、氧化物和復(fù)合氧化物3類。目前,考慮經(jīng)濟(jì)性,應(yīng)用最多的催化劑是過渡金屬氧化物如Cu、Fe、Ni、Co、Mn等及其鹽類。采用固體催化劑還可避免催化劑的流失、二次污染的產(chǎn)生及資金的浪費(fèi)。1.3.3 超臨界水氧化法超臨界水氧化法把溫度和壓力升高到水的臨界點(diǎn)以上,該狀態(tài)的水就稱為超臨界水。在此狀態(tài)下水的密度、介電常數(shù)、粘度、擴(kuò)散系數(shù)、電導(dǎo)率和溶劑化學(xué)性能都不同于普通水。較高的反應(yīng)溫度(400~600 ℃)和壓力也使反應(yīng)速率加快,可以在幾秒鐘內(nèi)對有機(jī)物達(dá)到很高的破壞效率。美國德克薩斯州哈靈頓首次大規(guī)模應(yīng)用超臨界水氧化法處理污泥,日處理量達(dá)9.8 t。系統(tǒng)運(yùn)行證明其COD的去除率達(dá)到99.9%以上,污泥中的有機(jī)成分全部轉(zhuǎn)化為CO2、H2O以及其他無害物質(zhì),且運(yùn)行成本較低[19]。1.3.4 光化學(xué)催化氧化法目前研究較多的光化學(xué)催化氧化法主要分為Fenton試劑法、類Fenton試劑法和以TiO2為主體的氧化法。Fenton試劑法由Fenton在20世紀(jì)發(fā)現(xiàn),如今作為廢水處理領(lǐng)域中有意義的研究方法重新被重視起來。Fenton試劑依靠H2O2和Fe2+鹽生成?OH,對于廢水處理來說,這種反應(yīng)物是一個(gè)非常有吸引力的氧化體系,因?yàn)殍F是很豐富且無毒的元素,而且H2O2也很容易操作,對環(huán)境也是安全的[20]。Fenton試劑能夠破壞廢水中諸如苯酚和除草劑等有毒化合物。目前國內(nèi)對于Fenton試劑用于印染廢水處理方面的研究很多,結(jié)果證明Fenton 試劑對于印染廢水的脫色效果非常好。另外,國內(nèi)外的研究還證明,用Fenton試劑可有效地處理含油、醇、苯系物、硝基苯及酚等物質(zhì)的廢水。類Fenton試劑法具有設(shè)備簡單、反應(yīng)條件溫和、操作方便等優(yōu)點(diǎn),在處理有毒有害難生物降解有機(jī)廢水中極具應(yīng)用潛力。該法實(shí)際應(yīng)用的主要問題是處理費(fèi)用高,只適用于低濃度、少量廢水的處理。將其作為難降解有機(jī)廢水的預(yù)處理或深度處理方法,再與其他處理方法(如生物法、混凝法等)聯(lián)用,則可以更好地降低廢水處理成本、提高處理效率,并拓寬該技術(shù)的應(yīng)用范圍。光催化法是利用光照某些具有能帶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體光催化劑如TiO2、ZnO、CdS、WO3等誘發(fā)強(qiáng)氧化自由基?OH,使許多難以實(shí)現(xiàn)的化學(xué)反應(yīng)能在常規(guī)條件下進(jìn)行。銳鈦礦中形成的TiO2具有穩(wěn)定性高、性能優(yōu)良和成本低等特征。在全世界范圍內(nèi)開展的最新研究是獲得改良的(摻入其他成分)TiO2,改良后的TiO2具有更寬的吸收譜線和更高的量子產(chǎn)生率。1.3.5 電化學(xué)氧化法電化學(xué)氧化又稱電化學(xué)燃燒,是環(huán)境電化學(xué)的一個(gè)分支。其基本原理是在電極表面的電催化作用下或在由電場作用而產(chǎn)生的自由基作用下使有機(jī)物氧化。除可將有機(jī)物徹底氧化為CO2和H2O外,電化學(xué)氧化還可作為生物處理的預(yù)處理工藝,將非生物相容性的物質(zhì)經(jīng)電化學(xué)轉(zhuǎn)化后變?yōu)樯锵嗳菪晕镔|(zhì)。這種方法具有能量利用率高,低溫下也可進(jìn)行;設(shè)備相對較為簡單,操作費(fèi)用低,易于自動(dòng)控制;無二次污染等特點(diǎn)。1.3.6 超聲輻射降解法超聲輻射降解法主要源于液體在超聲波輻射下產(chǎn)生空化氣泡,它能吸收聲能并在極短時(shí)間內(nèi)崩潰釋放能量,在其周圍極小的空間范圍內(nèi)產(chǎn)生1 900~5 200 K的高溫和超過50 MPa的高壓。進(jìn)入空化氣泡的水分子可發(fā)生分解反應(yīng)產(chǎn)生高氧化活性的?OH,誘發(fā)有機(jī)物降解;此外,在空化氣泡表層的水分子則可以形成超臨界水,有利于化學(xué)反應(yīng)速度的提高。超聲波對含鹵化物的脫鹵、氧化效果顯著,氯代苯酚、氯苯、CH2Cl2、CHCl3、CCl4等含氯有機(jī)物最終的降解產(chǎn)物為HCl、H2O、CO、CO2等。超聲降解對硝基化合物的脫硝基也很有效。添加O3、H2O2、Fenton試劑等氧化劑將進(jìn)一步增強(qiáng)超聲降解效果。超聲與其他氧化法的組合是目前的研究熱點(diǎn),如US/O3、US/H2O2、US/Fenton、US/光化學(xué)法。目前,超聲輻射降解水體污染物的研究仍處于試驗(yàn)探索階段。1.3.7 輻射法輻射法是利用高能射線(γ、χ射線)和電子束等對化合物的破壞作用所開發(fā)的污水輻射凈化法。一般認(rèn)為輻射技術(shù)處理有機(jī)廢水的反應(yīng)機(jī)理是由于水在高能輻射的作用下產(chǎn)生?OH、H2O2、?HO2等高活性粒子,再由這些高活性粒子誘發(fā)反應(yīng),使有害物質(zhì)降解。輻射法對有機(jī)物的處理效率高、操作簡便。該技術(shù)存在的主要難題是用于產(chǎn)生高能粒子的裝置昂貴、技術(shù)要求高,而且該法的能耗大、能量利用率較低;此外為避免輻射對人體的危害,還需要特殊的保護(hù)措施。更多資料可登錄易凈水網(wǎng)查看。因此該法要投入運(yùn)行,還需進(jìn)行大量的研究探索工作。1.4 臭氧法臭氧具有極強(qiáng)的氧化性,對許多有機(jī)物或官能團(tuán)發(fā)生反應(yīng),有效地改善水質(zhì)。臭氧能氧化分解水中各種雜質(zhì)所造成的色、嗅,其脫色效果比活性炭好;還能降低出水濁度,起到良好的絮凝作用,提高過濾濾速或者延長過濾周期。目前,由于國內(nèi)的臭氧發(fā)生技術(shù)和工藝比較落后,所以運(yùn)行費(fèi)用過高,推廣有難度。

標(biāo)簽:催化劑種類用于


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