中 国 造 纸 学 报
Vol
1
23, No
1
1, 2008
Transactions of China Pulp and Paper
收稿日期
: 2007
2
01
2
04
作者简介
:
陈国宁
,
男
;
在读博士研究生
;
主要研究方向
:
造纸工业废水处理 。
3 通讯联系人
:
王双飞
, E
2
mail: wangsf@ gxu
1
edu
1
cn
光催化处理造纸废水的研究进展
陈国宁 梁欣泉 张晓鹤 王双飞
3
(
广西大学轻工与食品工程学院
,
广西南宁
, 530004)
摘 要
:
综述了光催化技术在造纸废水处理方面的研究进展
,
总结了影响光催化反应的主要因素
,
介绍了造纸废水模型物的研究情
况及不同光催化反应体系的自由基产生机理
,
并对光催化处理造纸废水的工业化应用提出展望 。
关键词
:
光催化
;
造纸废水
;
黑液
;
漂白废水
;
氯酚
中图分类号
: X793
文献标识码
: A
文章编号
: 1000
2
6482 ( 2008) 01
2
00101
2
05
造纸工业废水排放量大 , 废水中含有大量的纤维
素 、木素和各种化学药品 , 耗氧量大 , 是环境的主要
污染源之一 。造纸废水处理成为工业废水处理的重点
和难点 , 国内外关于造纸工业废水处理新技术的研究
不断涌现出来 , 其中光催化高级氧化技术是目前研究
的一个热点 。
1 光催化技术概述
光催化是一种高级氧化技术 , 它采用半导体材料
作为催化剂 , 当能量相当于半导体禁带宽度的光照射
到催化剂表面时 , 就会激发半导体内的电子从价带
( valence band ) 跃迁至导带
( conduction band ) , 形
成具有很强活性的电子
2空穴对 , 并进一步诱导一系
列氧化还原反应 , 从而达到去除污染物的目的 。目
前 , 大多数光催化剂为半导体材料 , 常见的有 TiO
2
、
ZnO、 CdS、WO
3
、 Fe
2
O
3
、 PbS、 SnO
2
、 InO
3
、 ZnS、
SrTiO
3
、LaCoO
3
、 SiO
2
等十几种 , 按成分可分为氧化
物光催化剂 (如 TiO
2
、 ZnO ) 、硫化物光催化剂 (如
CdS、 ZnS ) 和 复 合 氧 化 物 光 催 化 剂
(如 SrTiO
3
、
LaCoO
3
) 。在众多光催化剂中 , 由于 TiO
2
具有良好的
化学 、生物和光稳定性 , 且没有毒性 、催化活性高 、
价格合理 、使用寿命长 , 被公认为是最佳的光催化
剂 。 TiO
2
是一种半导体金属氧化物 , 其晶型主要有
锐钛矿型和金红石型 , 其中锐钛矿型的催化活性较
高 。但 B ickley等人
[ 1 ]
研究发现 , 具有高催化活性的
TiO
2
多数为锐钛矿和金红石型的混合物 , 生长在锐
钛矿型晶体表面的金红石型结晶薄膜能有效地促进锐
钛矿型晶体中光生电子和空穴电荷的分离 , 提高锐钛
矿型 TiO
2
的活性 。
2 光催化技术在造纸废水处理中的应用
2
11 黑液处理
造纸黑液中有机物一般占 65% ~70% , 无机物
占 30% ~35%。草浆黑液由于存在黏度过大 、蒸发
难 、燃烧值低及硅干扰等诸多问题 , 使其回收的难度
大 、效率低 。光催化技术可以将草浆黑液中的大部分
有机物氧化降解 , 甚至完全降解 , 只剩下绝大部分无
机物 , 彻底解决草浆黑液污染的问题 。
黎秉环等人
[ 2 ]
采用高温热处理的 TiO
2
光催化处
理黑液 和 漂 白 介 质 , 光催 化反 应 对 黑 液 的 色 度 和
COD 去除效果显著 , 同时对次氯酸盐漂白产生的有
机氯有除毒净化的作用 。 ZnO 作为另一种重要的光催
化剂 , 对处理黑液的作用是显著的 , Jorge V illasefin
~
or
等人
[ 3 ]
研究了 ZnO 光催化处理硫酸盐法制浆黑液 ,
发现反应速率与温度保持良好的线性关系 , 反应过程
中与温度存在依赖关系的吸收 、解吸 、表面迁移等过
程对反应速率影响很大 ; 研究中还同时考察了反应体
系中生成 CO
2
的影响因素 , 建立了光催化速率动力
学方程 ( 25℃时 , 反应速率分别与溶解氧浓度和黑
液浓度具有 1级和 0
15级的指数关系 , 反应活化能为
43
11 kJ /mol) 。 Patricio Peralta2Zamora等人
[ 4 ]
分析比
较了 TiO
2
、 ZnO 作为光催化剂处理硫酸盐法制浆黑
液 (稀释 1000倍 ) 的效果 , UV 光照射 60 m in后 , 2
种催化剂对黑液的脱色作用相当 , 分别达到 75%和
74% , 而 TiO
2
对黑液的急性毒性和总酚量的去除效
果比 ZnO强 。
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