淺談環(huán)境工程中光催化

劉立林

【摘 要】近年來(lái)，光催化一臭氧聯(lián)用技術(shù)在有機(jī)廢水治理方面顯示了廣闊的應(yīng)用前景，已成為高級(jí)氧化技術(shù)方向的研究熱點(diǎn)。本文研究了光催化一臭氧聯(lián)用技術(shù)降解有機(jī)物的特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，光催化一臭氧聯(lián)用技術(shù)對(duì)有機(jī)物的降解效率大大高于單一光催化和單一臭氧的降解效率，具有一定的協(xié)同效應(yīng)。有機(jī)物種類對(duì)光催化一臭氧聯(lián)用技術(shù)的協(xié)同效應(yīng)有一定影響，與臭氧反應(yīng)速率較低的有機(jī)物協(xié)同效應(yīng)較顯著。

【關(guān)鍵詞】環(huán)境工程；光催化-臭氧聯(lián)用技術(shù)；有機(jī)物

光催化降解技術(shù)始于1972年，是近三十年發(fā)展起來(lái)的污水處理新方法。自70年代末開始，利用光催化降解處理各類污染物廢水的研究已有大量的報(bào)導(dǎo)。光催化降解技術(shù)可以有效地降解多種有機(jī)污染物，并將有機(jī)物全部礦化為CO2、H2O或毒性較小的有機(jī)物，能徹底破壞有機(jī)物，達(dá)到無(wú)害處理的要求。此節(jié)總結(jié)了光催化降解技術(shù)的發(fā)展和研究現(xiàn)狀，在分析討論的基礎(chǔ)上，探討了光催化氧化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，認(rèn)為光催化降解法是一種很有應(yīng)用前景的水處理方法。

一、芳香化合物的光催化——臭氧聯(lián)用降解

芳香化合物廣泛存在于化工、染料、農(nóng)藥和制藥等工業(yè)部門排放的廢水中，具有排放量大、難生物降解、有毒性或“三致”作用等特點(diǎn)，常規(guī)的處理方法很難獲得滿意的效果。近幾年來(lái)，光催化一臭氧聯(lián)用技術(shù)作為新發(fā)展起來(lái)的新型高級(jí)氧化技術(shù)，以其適應(yīng)范圍廣，氧化處理迅速?gòu)氐?，處理效率高以及操作?jiǎn)便易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于有機(jī)廢水，尤其是對(duì)生物有較大毒性或難生化降解芳香化合物的治理。

（一）苯胺的光催化——臭氧聯(lián)用降解

苯胺是一種重要的化工原料，廣泛應(yīng)用于國(guó)防、印染、塑料、油漆、農(nóng)藥和醫(yī)藥工業(yè)等，同時(shí)也是嚴(yán)重污染環(huán)境和危害人體健康的有害物質(zhì)，是一種“三致”物質(zhì)。由于苯胺對(duì)生態(tài)生物的毒性，已經(jīng)被列入“中國(guó)環(huán)境優(yōu)先污染物黑名單”中，在工業(yè)排水中要求嚴(yán)格控制。目前，國(guó)內(nèi)每年生產(chǎn)苯胺80000t以上，其下游產(chǎn)品有150余種，全世界每年排入環(huán)境中的苯胺約為30000t。隨著化工工業(yè)的發(fā)展，苯胺的需求呈明顯上升趨勢(shì)，由此進(jìn)入環(huán)境的量也會(huì)越來(lái)越多，對(duì)環(huán)境的毒害也會(huì)越來(lái)越大。如何減少苯胺對(duì)環(huán)境的污染，己經(jīng)逐漸引起了人們的關(guān)注。本文采用光催化一臭氧聯(lián)用技術(shù)對(duì)其進(jìn)行降解，并進(jìn)行條件優(yōu)化。

（二）石肖基苯的光催化——臭氧聯(lián)用降解

制藥、染料等工業(yè)生產(chǎn)過程所排放的廢水中，含有硝基苯，它是一種劇毒化學(xué)品，屬于我國(guó)確定的52種優(yōu)先控制的有毒化學(xué)品的一種，具有致癌、致突變或生殖毒性，且難以生物降解，它進(jìn)入水體會(huì)引起水質(zhì)感官性狀態(tài)長(zhǎng)期嚴(yán)重惡化，給地面水自凈過程造成困難，危害人們健康，因此國(guó)家對(duì)其排放有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。目前國(guó)內(nèi)一般采用化學(xué)氧化法處理硝基苯廢水，使用的氧化劑有次氯酸鈉、氯氣、過氧化氫、臭氧等，有的還采用催化濕式氧化法進(jìn)行處理。采用上述氧化方法，不是因?yàn)橥顿Y成本過高，就是因?yàn)樘幚沓杀据^大，給硝基苯廢水的工業(yè)化應(yīng)用帶來(lái)實(shí)際困難。

（三）芳香化合物結(jié)構(gòu)對(duì)光催化一臭氧聯(lián)用技術(shù)降解性能的影響

國(guó)外研究者大多以一種芳香化合物為研究對(duì)象，如苯胺、氯代苯乙醛，重在研究降解條件的優(yōu)化，較少探討多種典型芳香化合物在同一條件下的降解。通過此研究能揭示有機(jī)物結(jié)構(gòu)與其降解活性之間關(guān)系的規(guī)律，從而有效地預(yù)測(cè)有機(jī)物光催化一臭氧聯(lián)用降解的可行性，因而對(duì)于光催化一臭氧聯(lián)用技術(shù)在環(huán)境工程中的應(yīng)用具有十分現(xiàn)實(shí)的意義。本文重點(diǎn)對(duì)苯酚、苯胺、氯苯、苯甲酸、硝基苯及苯胺衍生物幾種典型的難生化降解芳香化合物進(jìn)行降解研究，探討其降解規(guī)律和機(jī)理，并揭示光催化一臭氧聯(lián)用技術(shù)的降解性能與有機(jī)物結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。

二、染料及染料中間體的光催化——臭氧聯(lián)用降解

我國(guó)是染料的主要生產(chǎn)國(guó)，染料產(chǎn)品達(dá)14類近500個(gè)品種。年產(chǎn)各類染料達(dá)17.5一18萬(wàn)噸，約占世界產(chǎn)品的1/5。由于生產(chǎn)布局分散，點(diǎn)多面廣，技術(shù)設(shè)備和操作管理水平比較落后，致使染料生產(chǎn)中資源消耗量和“三廢”排放量都很大。據(jù)調(diào)查，全國(guó)染料行業(yè)用水量為3.87億噸/年，廢水排放量為1.57億噸/年，萬(wàn)元產(chǎn)值廢水排放量為4730噸。對(duì)生產(chǎn)廢水除少數(shù)大的染料廠一采用了較為有效的多級(jí)處理外，大部分企業(yè)只對(duì)廢水進(jìn)行一級(jí)處理，有的廠家甚至未經(jīng)任何處理就直接排放。全國(guó)染料工業(yè)治理率為2.5%，其中治理達(dá)標(biāo)率為42%。

三、梭酸的光催化——臭氧聯(lián)用降解

梭酸是有機(jī)化合物中很重要的一類酸性化合物，它們廣泛存在于自然界中。梭酸及其衍生物與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有密切關(guān)系，有許多重要的途徑。許多梭酸在有機(jī)合成上很重要，可用于合成聚合物。在一元梭酸中，甲酸被用作消毒劑（滅菌劑）、防腐劑、酸性還原劑和橡膠凝聚劑，合成甲酸酷和纖維素酷，也用于印染和皮革工業(yè)。乙酸在有機(jī)加工中是重要的溶劑，因?yàn)椴灰妆谎趸?，常用作氧化反?yīng)溶劑。它是染料工業(yè)和

香料工業(yè)不可缺少的原料。乙酸還用來(lái)合成纖維素乙酸酷、乙酸乙烯酷、乙醉、乙烯酮、氯乙酸等等。在梭酸的制造和使用過程中，部分梭酸最終以溶劑或副產(chǎn)品的形式進(jìn)入廢水中。例如，己內(nèi)酞胺廠廢水、石油化工廢水、制藥廠廢水等都含有可觀量的梭酸。一般的含酸廢水可以生物法處理，但有些高濃度有機(jī)酸性廢水屬有毒有害難降解廢水，難以用一般的生物法或化學(xué)法處理，如H酸廢水。對(duì)此類廢水可用光催化一臭氧聯(lián)用降解技術(shù)處理。研究梭酸光催化一臭氧聯(lián)用降解的另一個(gè)理由是為了更好的理解有機(jī)物的光催化一臭氧聯(lián)用降解。因?yàn)楦鞣N有機(jī)物在光催化一臭氧聯(lián)用降解過程中，一般都要經(jīng)歷形成低分子量梭酸的中間階段[1]。只有這些中間產(chǎn)物被徹底氧化，才能完成COD的去除。一般來(lái)說，低分子量梭酸特別是乙酸是相當(dāng)難以氧化的，因此在光催化一臭氧聯(lián)用降解過程中會(huì)出現(xiàn)低分子量梭酸的積累。而且梭酸的進(jìn)一步氧化會(huì)成為限制總氧化速率的一個(gè)關(guān)鍵步驟[2]。

四、含胺類有機(jī)物的光催化一臭氧聯(lián)用降解

含胺類有機(jī)物，廣泛存在于工業(yè)廢水中，而且很多都是有毒物質(zhì)，有些還是致癌物質(zhì)，對(duì)人、畜和農(nóng)作物都有危害。其中，苯胺屬高毒性物質(zhì)，與血紅蛋白結(jié)合成高鐵血紅蛋白，使之與氧結(jié)合能力下降導(dǎo)致動(dòng)物中毒，長(zhǎng)期與該類物質(zhì)接觸還可引起肝癌或膀膚癌。乙醇胺類是生產(chǎn)表面活性劑、醫(yī)藥、農(nóng)藥、聚氨酷助劑、空氣凈化劑、橡膠加工助劑、紡織助劑、化妝品、化學(xué)武器、防凍液助劑產(chǎn)品重要的基礎(chǔ)原料?；前奉愃幬锓N類繁多，生產(chǎn)過程副產(chǎn)物復(fù)雜，造成磺胺廢水水量大，成分復(fù)雜，含大量抑菌性有機(jī)物，具有高鹽分、高有機(jī)濃度、高含硫量、高氨氮、高pH值的特征，應(yīng)用傳統(tǒng)活性污泥法處理時(shí)，稀釋需水量大且出水水質(zhì)很難達(dá)標(biāo)。而且，含胺類有機(jī)物會(huì)使廢水中氨氮含量增加，導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化。因此從工業(yè)廢水中除去含胺類物質(zhì)越來(lái)越受到人們的關(guān)注。因此本文采用光催化一臭氧聯(lián)用技術(shù)對(duì)一些含胺類有機(jī)物進(jìn)行降解[3]。

五、結(jié)論

綜上可知，光催化一臭氧聯(lián)用技術(shù)對(duì)實(shí)際工業(yè)廢水有較理想的降解效果。而且該技術(shù)對(duì)實(shí)際廢水的降解也存在協(xié)同效應(yīng)，同時(shí)具有連續(xù)運(yùn)行穩(wěn)定性。從經(jīng)濟(jì)能耗角度考慮，該工藝適合對(duì)低濃度廢水進(jìn)行后處理，或?qū)χ械葷舛葟U水進(jìn)行預(yù)處理提高可生化性，為后續(xù)生化處理創(chuàng)造條件，而不適宜處理高濃度有機(jī)廢水。通過上述結(jié)論可以看出光催化一臭氧聯(lián)用技術(shù)是一種很有應(yīng)用前景的水處理技術(shù)。

【參考文獻(xiàn)】

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