催化臭氧氧化法在有機廢水處理中的應用研究

摘 要：環境污染是制約我國可持續發展的重要問題，其中有機廢水是重要的污染物，如何有效處理有機廢水中的污染物是當前刻不容緩的問題。納米TiO2-臭氧-光催化法為新型環保友好氧化技術，能夠在普通條件下將臭氧難以氧化的廢水中的有機物徹底氧化。文章首先介紹了納米TiO2-臭氧-光催化法的反應原理，然后對納米TiO2-臭氧-光催化法在有機廢水處理中的應用進行了分析。

關鍵詞：催化臭氧氧化法；有機廢水；處理；應用

近幾年來，隨著我國工業化水平的不斷提高，環境污染程度也在不斷加劇，從而嚴重影響了我國的生態環境，阻礙著我國可持續發展的進程。對于含有大量復雜有機物，難以進行生物降解的廢水，常規廢水處理技術難以凈化。納米TiO2-臭氧-光催化法為新型環保友好氧化技術，能夠在普通條件下將臭氧難以氧化的廢水中的有機物徹底氧化。研究發現，納米TiO2可在紫外光下對多氯聯苯進行脫氯處理，實現多氯聯苯的降解[1]。資料顯示，將臭氧聯合上述光催化體系中能夠有效促進生產·OH（羥基自由基）與·O2-（超氧化物自由基），其中·OH的氧化電位在臭氧氧化電位的35%以上，其反應速率常數為106L/（mol·s）—109L/（mol·s），能夠有效降解有機廢水中難降解的有機物，甚至可以將其直接氧化成為H2O、CO2、無機鹽，并且不會形成二次污染[2]。

1 納米TiO2-臭氧-光催化反應原理

納米TiO2-臭氧-光催化反應的反應原理見下列反應式：

Hv + TiO2→e-+h+ （1）

H2O+h+→h++OH·（2）

OH-+h+→OH·（3）

O3+e-→O3·-（4）

O3·-+H+→HO3· （5）

HO3·→OH·+O2 （6）

Hv+O3→O2+O·（7）

H2O+O·→2OH·（8）

OH·+O3→O2+HO2·（9）

O2+e-→·O2-（10）

2HO2+2·O2-→2H2O2+O2（11）

e-+H2O2→OH-+·OH（12）

HO·/·O2-（或HO2·）→H2O+CO2+無機鹽（13）

在上述反應中，在光的作用下，O3可部分分解為O·與O3·-，O·與O3·-可激發鏈式反應產生大量的·O2-與·OH自由基。資料顯示，TiO2與O3的起始濃度對納米TiO2-臭氧-光催化反應起著重要的作用。納米TiO2-臭氧-光催化反應的氧化能力主要源于O3分解生成的·OH，此外，臭氧具有較強的捕獲e-的能力，且e- 從TiO2向O3轉移的速度顯著快于e- 從TiO2向O2轉移的速度，從而使納米TiO2-臭氧-光催化反應過程中生成大量的·OH。研究發現，在反應過程中，O3極強的電負性可有效降低催化劑電子-空穴復合機率，在降低O3使用量的同時，增大了有機物的處理范圍，大大節約了處理有機廢水的成本[3]。

2 納米TiO2-臭氧-光催化反應在有機廢水處理中的應用

在我國，有機廢水是重要的污染物，并且傳統生化處理方法不但難以達到處理標準并且還會導致二次污染。資料顯示，有機廢水中主要含有種類繁多，成分復雜的難以降解的有機物。周琳琳等比較光催化、臭氧、TiO2光催化及納米TiO2-臭氧-光催化反應等方法處理五氯苯酚的效果，結果表明，納米TiO2-臭氧-光催化反應可有效去除五氯苯酚，且去除五氯苯酚的效率遠高于光催化、臭氧、TiO2光催化等方法。在實驗過程中，若降低五氯苯酚的初始濃度，可顯著提高其降解率。若增加臭氧濃度五氯苯酚的降解率也隨之升高，最高可達98.4%。在試驗中，改變實驗的pH值，五氯苯酚的降解率變化不大，說明酸堿度對臭氧-光催化-納米TiO2的影響不大[4]。Yeber等比較臭氧-光催化、臭氧-光催化-氧化鋅、納米TiO2-臭氧-光催化反應、氧氣-光催化-氧化鋅、氧氣-光催化-TiO2等方法降解ECF漂白廢水的效果，實驗結果表明，上述方法均可不同程度地降低廢水中TOC、COD的濃度，且反應后廢水中的可生化性指標明顯增加，且納米TiO2-臭氧-光催化反應對廢水中TOC、COD的降解率達80%、75%。在反應進行5min后，廢水中可生化性指標即可達0.6，提示納米TiO2-臭氧-光催化反應降解ECF漂白廢水的效果良好[5]。

3 結束語

近幾年來，隨著科學技術的發展，納米TiO2-臭氧-光催化反應已經逐漸應用于工業有機廢水的處理，但是該方法尚存在著臭氧溶解度低，TiO2易中毒、帶隙寬以及量子化效率低等問題，需要在今后繼續加大研究力度，不斷提高有機廢水處理水平，減少環境污染。

參考文獻

[1]饒冰青.多維電催化技術在高濃度難降解有機廢水處理領域的應用[J].低碳世界，2015（18）：12-13.

[2]徐 .有機磷農藥廢水處理方法研究進展[J].安徽農業科學，2015，

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[3]時明田.高濃度有機廢水處理技術研究現狀[J].資源節約與環保，2014（5）：43-43.

[4]史冉冉，王寶輝，苑丹丹.難降解有機廢水處理技術研究進展[J].工業催化，2014，22（9）：665-670.

[5]Yeber Cristina M，Jaime Rodríguez，Juanita Freer，et al.Advanced oxidation of a pulp mill bleaching wastewater[J].Chemosphere，1999，39（10）：1679-1688.

作者簡介：蔡瑋（1967，4-），女，漢，上海，大學本科，中學高級，水污染控制。