高級氧化技術在水處理的研究進展

黃金柯

摘要：隨著地球上水資源逐漸匱乏，人們對水處理技術提出了更高的要求。在眾多水處理技術中，高級氧化技術對工業生產廢水的降解效果顯著。本文對Fenton氧化法、光催化氧化法、臭氧氧化法和濕式氧化法等高級氧化技術在水處理領域的研究進展和應用作出了全面性敘述，并且對高級氧化技術處理廢水的降解機理進行研討，對各種高級水處理技術應用的缺點進行分析，使高級水處理技術造福于人類。

關鍵詞：高級氧化技術；廢水處理；研究進展

1 概述

高級氧化技術（AOPs）起源于20世紀80年代，這種氧化技術需要在一定的外界作用下才能進行，如紫外燈照射、高溫、輻射等，在特定外界條件下可以產生具有強氧化性的自由基，該自由基可以與高分子大分子化合物等難以降解的物質發生化學反應，將其降解成一些低毒、甚至無毒的有機小分子或無機化合物，如二氧化碳、水等。與傳統氧化技術相比，高級氧化技術具備降解速率快、反應條件溫和、廢水處理效果顯著等優點，具有很好的使用前景。

2 幾種應用廣泛高級氧化技術

2.1 Fenton氧化技術

法國科學家H.J.Fenton于1894年發現Fe2+和H2O2在酸性條件下氧化蘋果酸生成的Fe3+，反應發生后沉淀時，還能夠有效的去除有機物，其降解機理為Fe2+和H2O2在一定條件下，生成Fe3+與羥基自由基，生成的再與廢水中的有機化合物作用，降解為無機小分子等?！H具有強氧化性，氧化還原電位高達2.80V，僅次于F2的2.87 V，能夠將水中幾乎所有的有機物氧化，甚至礦化，且不產生二次污染。

Fenton法具有降解速度快、反應條件溫和、設備投資小等優點。但是降解反應物利用效率不高，水中含有大量的Fe2+和H2O2，很難多次使用或者分離，致使降解反應不理想，且在降解過程中會生成大量的含鐵泥垢，造成污染。因此，Fenton氧化法常常與其他氧化技術聯合使用或者應用于深度廢水處理方面。近年來，人們開始研究其他化合物替代Fe2+，或將Fe2+與殼聚糖、高嶺石、石墨烯等生成特殊結構的復合物來降解廢水，降解率高達90%以上，降解效率明顯，且催化劑可回收利用多次，提高了催化劑回收使用率。

2.2 臭氧氧化技術

目前臭氧不僅應用于漂白劑、除臭劑和除色劑等，而且在廢水處理方面也有很好的應用。臭氧作為一種強氧化劑，對污水處理具有降解速率快、化學反應條件溫和，而且與Fenton法相比不會造成二次污染等優點。其降解機理目前認為有兩種：（1）臭氧在特定條件下可以與廢水直接發生氧化反應來降低廢水中有機物。（2）臭氧在一定條件下在水中生成強氧化性自由基，生成的自由基再與廢水中的有機物發生化學反應生成小分子。

2.3 光催化氧化技術

最初光催化氧化技術是研究人員發現TiO2單晶電極在光照條件下發生化學反應，生成氫氣和氧氣。光催化氧化技術的降解機理也是生成氧化性很強的自由基，生成的自由基再與廢水中的有機物發生化學反應，降解為無機小分子或離子，如二氧化碳、氯離子、和水等。TiO2光催化氧化技術的降解機理如下所示：

光催化氧化技術與其他氧化技術相比，其優點也十分明顯，但是光催化氧化技術的催化劑固載困難、量子效率低。TiO2、ZnO、WO3、CdS、ZnS、SnO2 和 Fe3O4 等是光催化氧化技術常用的催化劑，TiO2因其低價無毒、穩定性能好，常常用于光催化劑。Xu等采用溶膠-凝膠法制備了三維石墨烯-TiO2復合材料應用于催化降解亞甲基藍，結果表明石墨烯與TiO2協同作用提高了光催化降解性能，降解產物為無機小分子與一些無機離子，同時驗證了反應機理是在光照條件下，生成了羥基自由基參與降解反應。Yang等采用水熱合成法合成TiO2負載氧化石墨烯復合物光催化降解對硝基苯酚，結果表明，光照150分鐘之后，TiO2負載氧化石墨烯復合物的催化降解活性明顯高于TiO2，且復合物不僅在紫外光下具有良好的降解效果，同時在可見光下的降解性能也十分優秀，降解去除率達到96%，遠遠高于P25的39%，提高了對太陽光的利用率。Ma等發現負載納米Au的 TiO2對亞甲基藍的光催化降解率為純TiO2的2倍。且催化劑可回收利用至少3次，提高了催化劑的使用效率。

2.4 濕式氧化技術

對于高濃度的廢水的處理，濕式氧化技術對廢水有機物的降解效果十分明顯。濕式氧化技術是以空氣作為氧化劑，它對反應條件要求較高，反應溫度在150～325℃之間，反應壓力在0.5～20 MPa之間，將廢水中的有機化合物降解生成無機小分子。

3 結束語

高級氧化技術對與廢水中難以處理的污染物，如高分子大分子化合物有很好的降解效果，同時，它在降解化學微量化合物的效率極其良好，能夠將有機化合物完全降解。高級氧化技術具有降解效率快、無二次污染、氧化性能強等優點，目前已經廣泛應用于各種廢水降解方面。近年來，隨著人們對降解機理不斷深入研究，對催化劑的回收處理以及對設備成本的縮減，可以預見在未來生活里，高級氧化技術將會在各行各業里有著更加廣泛的應用，同時，隨著高級氧化技術的組合技術的深度開發，也會產生新的理論和技術，使其各盡所長，盡快造福于人類社會。

參考文獻

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（作者單位：深圳市宏森環保科技有限公司）