・论文与综述 ・

TiO

2

光催化技术处理制浆造纸废水的试验研究

伍 　胜 ,李新平 ,李 　颖

(

陕西科技大学 造纸工程学院

,

陕西 咸阳

712081)

[

摘 　要

]

　探讨了

TiO

2

光催化技术处理纸厂废水时的影响因素

,

并由此确定出较优的反应条件为催化剂选

择

20%

金红石和

80%

锐钛矿组成的混晶型

TiO

2

,

催化剂用量

1g /L ,

曝气采用纯氧曝气

, O

2

流速为

0. 5L /m in

。在

此条件下

,

研究了制浆造纸废水

TiO

2

光催化降解效果

;

结果表明

TM P

废水 、

纸厂废水等低浓低污染物废水比

KP

废水更适宜于

TiO

2

光催化降解处理 。

[

关键词

]

　

TiO

2

光催化技术

;

制浆造纸废水

;

降解处理

　　近年来许多文献报道

[ 1 ]

,

利用半导体光催化作用

可有效地降解和消除有害污染物

,

并使之矿化

,

引起了

各国环境科学工作者的密切关注 。这项新的污染治理

技术具有能耗低 、

操作简便 、

反应条件温和 、

可减少二

次污染等优点

,

能有效地将有机污染物转化为

H

2

O

、

CO

2

、

PO

4

3 -

、

SO

4

2 -

、

NO

3

-

、

卤素离子等无机小分子

,

达

到完全无机化的目的 。许多难降解或用其他方法难以

去除的物质也可利用此法有效除去 。该法对有机污染

废水有很强的处理能力 。大量研究表明

,

将此法用于

处理各种染料废水 、

农药废水 、

表面活性剂废水 、

含油

废水及各类卤代物

(

如氯仿 、

四氯化碳 、

氯代苯酚 、

氟

里昂等

) ,

取得了较好效果 。

本实验利用

TiO

2

光催化技术处理各类制浆造纸

废水

[ 2 ]

,

评价了该技术在降解有机物及毒性消除方面

的效果 。实验中用到的废水有硫酸盐浆

( KP)

废水 、

热

磨机械浆

( TM P)

废水 、

纸厂废水和

TM P / KP /

二次纤维

综合废水 。

1

　实验原理

光催化降解技术是在水中加入一定量的光敏半导

体材料

(

如

TiO

2

等

) ,

结合具有一定能量的光照射

,

光敏

半导体材料即被光激发出电子

-

空穴对

,

吸附在光敏半

导体表面的溶解氧 、

水及污染物分子接受光生电子或空

穴

,

从而发生一系列的氧化还原反应

,

使有毒的污染物

降解为无毒或毒性较小的物质

[ 3 ]

。反应过程如下

:

TiO

2

+ h

v

→

h

+

+ e

-

　　　　　　　　　　

( 1)

h

+

+ e

-

→

h

v

( 2)

e

-

+ O

2

吸附

→

O

2

-

( 3)

h

+

+ H

2

O

表面

→

H

+

+

・

OH

h

+

+ OH

-

表面

→・

OH

( 4)

简单地讲

,

以

TiO

2

为催化剂处理废水时

,

分散在

收稿日期

: 2005 - 09 - 13

作者简介

:

伍胜

( 1979 - ) ,

男

,

陕西科技大学制浆造纸专业在读研

究生

,

主要研究方向为制浆漂白过程中木素反应机理 、

污染控制等 。

废水中的每一颗

TiO

2

半导体微粒可近似看作是一个

小型短路的光化学电池 。当用紫外光照射时

, TiO

2

超

细微粒吸收光能而自行分解出自由移动的带负电的电

子

e

和带正电的空穴

h,

形成电子

-

空穴对

(

式

1 ) ,

吸

附在

TiO

2

颗粒表面的

O

2

可以俘获电子形成过氧离子

O

2

-

(

式

3) ,

阻止电子与空穴的复合

(

式

2)

。另外空穴

将吸附在

TiO

2

表面的

H

2

O

和

OH

-

氧化成氢氧自由基

・

OH (

式

4)

。因生成的

O

2

-

和 ・

OH

有很强的化学活

性

,

能与多数有机化合物反应使其降解

,

生成

CO

2

和

H

2

O ,

故而达到降解污染物的目的

[ 1 ]

。

2

　实验材料与方法

2. 1

　废水来源

实验所用废水如表

1

所示

,

其中各类废水均取自

初沉池澄清之后 。水样过滤去除细小纤维等杂质

,

放

入冰箱备用 。另外

,

通过在甲醇中溶解松香酸并用蒸

馏水稀释的方法

,

实验室自制综合废水 。

表

1

　实验用废水类型

序号

1

2

3

4

5

类型

KP

废水

TM P

废水

TM P / KP /

二次纤维

综合废水

纸厂废水

实验室自制

综合废水

2. 2

　催化剂

选用光敏半导体材料

TiO

2

作为光催化剂

,

通过三

种不同类型的

TiO

2

性能测试比较

,

最终确定组成为

80%

锐钛石和

20%

金红石的混晶型

TiO

2

用于本实验

研究 。其晶体尺寸约为

30nm ,

比表面积

50m

2

/ g

。

2. 3

　实验装置

实验装置示意图如图

1,

该装置由

500mL

反应槽

和

450W

汞蒸汽灯

(

置入石英浸没管中

)

组成 。石英浸

没管内通过套管连续通入冷却水

,

从而使汞灯及反应

液散热 。反应期间在反应槽悬浊液中通入氧气或空
气

,

并设取样口定期取样分析 。整个装置固定在支架

上 。反应槽底部放置磁力搅拌器持续搅动悬浊液

,

反

应装置外安装铝罩防止紫外线暴露 。

—

3

1

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TiO

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光催化技术处理制浆造纸废水的试验研究