Fenton试剂法和TiO<,2>-CS光催化法处理有机废水的研究
目前环境污染越来越严重，因此环境清洁和环境补救成为一个急迫的任务。在各种净化环境技术中，高级氧化技术作为一种新环境净化技术受到越来越多的关注。高级氧化技术对水体中有毒有害难降解的污染物具有较强的应用优势，具有高效、快速、无二次污染等众多优点，因而有着广阔的应用前景。高级氧化技术的关键是产生高度活性的·OH，按所用的氧化剂及催化条件的不同，通常可以分为三大类：Fenton试剂法及类Fenton试剂法，臭氧及组合臭氧氧化法，半导体光催化氧化法。本文选取了其中的Fenton试剂法和半导体光催化法进行探讨。首先，选取有机磷农药之一久效磷以及褐藻胶生产废水作为研究对象，利用Fenton试剂法对它们进行了研究。
对于久效磷，本文采用正交实验和单因素实验分别考察了pH值，H2O2用量，Fe2+浓度，反应时间，反应温度等5个因素在Fenton氧化久效磷过程中对COD去除率的影响。在选用的试剂用量中，由正交实验得出5个因素的影响主次顺序为H2O2浓度＞反应温度＞反应时间＞pH值＞Fe2+浓度，COD去除率最高为78.8％。通过单因素实验得出最佳反应条件是2.0mlH2O2，70℃，pH值为3，0.50mmol/lFe2+，经过反应10h后，溶液中的有机物全部被矿化为无机物，COD去除率达100％，并基本符合准一级动力学反应。另外，还考察了过渡金属离子Cu2+、Mn2+、Co2+、Zn2+对Fenton试剂的协同催化作用。经实验证明，在一定浓度下，它们都对Fenton反应具有很好的促进作用，其中Cu2+的作用最佳，其原因是过渡金属离子有助于H2O2分解为羟基自由基，从而提高了反应效率。最后，借助GC-MS测定了Fenton法反应过程中久效磷的残留量，发现30min后溶液中已经检测不出久效磷。
对于褐藻胶生产废水，首先采用了正交实验考察了5个因素对Fenton法降解褐藻胶生产废水的影响，在选用的试剂用量中，影响的主次顺序为Fe2+浓度＞反应时间＞反应温度＞pH值＞H2O2浓度。然后采用单因素实验分别探讨了以上5个因素的影响，确定了最佳反应条件是0.5mlH2O2，40℃，pH值为3；4.0mmol/lFe2+，经过60min后，Fenton反应达到了平衡，COD去除率最高为62.9％，出水COD值为67mg/l。
其次，选取了酚类中的2,4-二氯苯酚作为代表物，制备了TiO2-CS微球作为催化剂，采用光催化法对其进行研究。本文主要考察了催化剂用量及种类、初始溶液的pH值、空气、2,4-二氯苯酚初始浓度、反应时间等5个因素对光催化反应的影响。
催化剂TiO2-CS微球的用量对2,4-二氯苯酚去除率的影响比较明显。未加催化剂时，去除率最高达80.4％，催化剂浓度为O.1g/L时对光催化反应最有利，去除率最高达95.4％。由于包覆了壳聚糖的TiO2粉末改善了TiO2粉末的分散性和亲水性，延长了光致电子-空穴的分离寿命，因此，相同浓度的TiO2-CS微球的光催化效果比TiO2粉末好，反应30min后其催化效果比TiO2粉末高约14％，比文献值[119]高36.6％。
溶液初始pH值对去除率、溶液色度以及反应过程中溶液pH值的变化也有较大的影响。pH=12.5时，2,4-二氯苯酚的去除率最高，在30min内达94.8％。在通空气时，溶液的色度先升高，达到最高值后再逐渐降低。当初始pH值过低或过高时，水样的pH值在整个降解过程中基本不变；当溶液的初始pH值处于弱酸性或弱碱性时，溶液的pH值在反应的前30min变化很大，但降到3后就基本维持稳定。
溶液中的O2含量对光催化氧化反应起着关键作用。虽然是否通空气对反应过程中的pH值变化以及反应前30min的去除率影响都不是很明显，但是，O2含量对溶液的色度有很显著的影响。溶液中保持有充足的氧气时，色度在30min后很快就下降；氧气消耗完后未得到补充时，色度达到最高值后就稳定不再下降，一旦得到补充后，溶液的色度立即快速下降。
2，4-二氯苯酚的光催化氧化符合零级动力学特征。三种初始浓度(25mg/l、50mg/l、100mg/l)的反应速率常数k分别是0.4987，0.9496，1.7674min-1，氧化速率随着2,4-二氯苯酚的初始浓度增加而同步增加。
废水处理;有机废水;光催化;Fenton试剂法
中国海洋大学
硕士
海洋化学
陈国华
2005
中文
X703.1
83
2006-07-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）