第

23

卷 　第

1

期

光催化处理造纸废水的研究进展

这些物质在工业化应用中必然要面对一些问题 , 如
污染物是否适合光催化降解 、光照条件是否良好等 。

C

1Sattler等人

[ 19 ]

在巴西用难生化降解的木素磺化钠

作为漂白废水模型物 , 研究了太阳光光催化处理模拟
废水 , 结果表明 , 这些可生化性差的物质可以很好地
被光催化降解去除 , 污染物可以达到完全无机化的目
的 ; 同时 , C

1Sattler等人还将研究成果应用到工业中

去 , 取得了较好的效果 。表 1列举了一些主要的造纸
废水模型物研究的情况 。

表

1

　造纸废水主要模型物的研究情况

模型物名称

工 　艺

研究成果

4

2氯酚

[ 20 ]

UV / TiO

2

/MW

　光催化降解遵循拟一级动力学方程

,

主要中间产物测定为氯苯 、酚 、对苯
二酚 、苯醌和

4

2氯代儿茶酚。

4

2氯酚

;

2, 4

2二氯酚

;

2, 4, 6

2三

氯酚

[ 21 ]

UV / TiO

2

/U S

　超声波在反应中起着分散和表面清

洁的作用

; Cl

-

在低

pH

值时有明显的

抑制光催化作用

,

而

C l

・

自由基对有机

物降解有促进作用

, HCl

不断地生成 、

累积

,

使得

pH

值下降

,

对光催化的负

面效果显著 。

4

2氯

儿茶酚

[ 22 ]

UV / TiO

2

/MW /H

2

O

2

　反应 符合拟一级动 力学 方 程

, MW

对光催化具有良好的辅助作用

,

两者

产生了协同效应

,

同时

H

2

O

2

的加入可

以增加光催化降解速率

,

同时推测了

4

2氯儿茶酚的降解路径。

4

2氯 2愈创

木酚

[ 23 ]

UV / TiO

2

　化学纯

TiO

2

经高温焙烧后催化活性

增大

,

反应过程中主要的影响因素是

光强 、溶 液 的初 始浓 度 和酸 碱 度 等

,

对

4

2氯 2愈创木酚的降解进行跟踪

,

发

现氯化有机物中的苯环特征峰完全消
失

,

降解彻底 。

6

2氯代

香草醛

[ 24 ]

UV / TiO

2

固定床

　

6

2氯代香草醛废水经光催化

60 m in

后

,

浓度下降

50% ,

生化降解性能增

强

,

原因主要是光催化产物中含有二

元 、三元羧酸

,

这些物质的存在提高

了废水的可生化性 。推断出了

6

2氯代

香草醛的光催化降解路径 。

3　光催化反应机理研究

光催化反应主要是通过紫外线辐射生成自由基来

去除污染物 , 对反应过程的机理有大量的研究 , 取得
了重要的研究成果

[ 25 ]

。

影响光催化反应的条件主要有 : ① 催化剂的浓

度和种类 。催化剂的浓度存在最佳值 , 过量的催化剂
会降低光透性 ; 而对比分析多种催化剂的性能发现

Degussa P

225 TiO

2

的光催化性能较为突出

[ 26 ]

。 ② 反

应器的设计 。对于设计大型光催化反应仪来说 , 提升
催化剂表面获得有效光子的能力以及消除传质阻力是

需要解决的最关键问题

[ 27 ]

。 ③ 光源辐射波长 。有效

光源波长是与催化剂禁带能量相关的 , 如 TiO

2

的禁

带能量为 3

102 eV, 理想的波长就应该是 400 nm

[ 28 ]

,

通过离子掺杂等方式扩宽有效波长的范围可提高光源
的利用率 。 ④ 反应物初始浓度 。Herrmann等人光催
化处理了 COD为 800 g/ kg高浓废水 , 污染物无任何
降解 , 而稀释后处理效果显著 ; Beltran等人还量化对
比研究了污染物浓度分别在 10 mg/ kg和 100 mg/kg时
的去除情况 , 结果分别为 70%和 45%。 ⑤温度 。通
常的研究认为反应体系的温度会因污染物的分解放热

而有所上升 , 温度变化对光催化反应影响并不大 ; 但
当体系的温度超过 80℃后 , 由于温度变化对污染物
的吸收和散热产生较大影响 , 反应的速率大大下降 。

⑥光强 。反应速率与光强呈比例关系 , 通常光强在

低范围内变化时 , 反应速率与光强呈良好的线性关
系

[ 29 ]

。 ⑦反应 pH 值 。光催化剂表面存在一个等电

点 pH

zp e

, 如果反应体系的 pH 值是在大于 pH

zp e

的高

pH 值条件下 , 阳离子电子供体和电子受体对光催化

活性有利 ; 相反 , 则阴离子电子供体和电子受体对光
催化活性有利

[ 30 ]

。 ⑧离子 。离子的存在会影响光催

化降解的速率 , 离子通过与自由基反应和吸收光子的
方式降低反应效率 , 值得关注的是在处理实际废水
时 , 废水必然含有大量盐类物质 , 研究不同离子的影
响对反应体系有重要的意义 , Yawalkar等人

[ 31 ]

研究

发现 SO

2 -
4

、COO

-

3

、HCOO

-

3

和 Cl

-

等与自由基反应

的阴离子对光催化反应具有负面效应 , 强弱顺序为 :

SO

2 -
4

< COO

-

3

< C l

-

< HCOO

-

3

, 阳离子对光催化反应

是否起着积极作用还需要进一步的研究 , 部分研究发
现 , 低浓度的 Fe

3 +

或 Cu

2 +

离子存在有利于提高反应

速率 。其中 , 离子和 pH值对光催化反应具有重要的
影响

[ 32 ]

。

4　结 　语

光催化技术是目前被研究最多的一种高级氧化技

术 , 在处理造纸黑液和制浆漂白废水方面效果良好 ,
其突出的优势在于可无选择性地去除造纸工业废水中
的污染物 , 尤其是毒性物质 。光催化反应受到浓度 、
光强 、酸碱度等诸多因素的影响 。将造纸废水中的一
些主要污染物作为模型物来进行研究 , 可以深化对光
催化反应过程机理的理解 , 揭示主要污染物的降解途
径 、反应的主要中间产物 、降解动力学及自由基产生
过程等 。光催化处理造纸废水的实验室研究是成功
的 , 也有少量针对污染模型物进行的中试研究 ; 但总
的说来 , 工业意义上的光催化技术在造纸工业中并没

3

0

1