高級氧化技術(shù)處理染料廢水的研究進展

摘""""" 要： 高級氧化技術(shù)具備快速降解速率和便捷操作等優(yōu)勢，能夠?qū)⑷玖蠌U水中難以降解的有機污染物氧化為CO2和H2O等小分子物質(zhì)，因此在染料廢水處理的實驗中被廣泛使用。本綜述列舉了光催化、光電催化、芬頓、臭氧氧化等技術(shù)處理染料廢水的研究應(yīng)用，并對高級氧化技術(shù)在染料廢水處理領(lǐng)域的未來進行了展望。

關(guān) "鍵" 詞：光催化； 光電催化； 芬頓； 臭氧氧化； 染料廢水

中圖分類號：X703.1"""" 文獻標(biāo)識碼： A"""" 文章編號： 1004-0935（2024）0×3-00000446-0×4

染料廢水是指在染色過程中產(chǎn)生的含有染料、助劑、鹽類、有機物等污染物的廢水。這些染料具有難降解、高色度、污染性強等特點，易對人體和環(huán)境造成極大危害[1， -2]。并且其中還含有大量的鹽類、酸堿度高等特性，使得其處理難度較大。因此，必須采取有效的處理措施來保護環(huán)境和人類健康。傳統(tǒng)的物理、化學(xué)、生物方法在處理這類物質(zhì)時降解不完全，近年來，高級氧化技術(shù)在處理這類難降解有機物得到廣泛應(yīng)用，其產(chǎn)生的羥基自由基具備強氧化性，可將染料廢水中的污染物進行去除。

本文介紹了高級氧化技術(shù)在降解染料廢水中的最新應(yīng)用，包括光催化技術(shù)、光電催化技術(shù)、芬頓技術(shù)、臭氧氧化技術(shù)，并對幾種技術(shù)在水處理領(lǐng)域未來進行了展望。

1" 光催化技術(shù)

近年來，光催化技術(shù)被廣泛應(yīng)用于印染廢水方面的處理，該技術(shù)是指利用特定的光催化劑吸收光子能量，促進化學(xué)反應(yīng)，其產(chǎn)生的空穴電子能夠與水發(fā)生反應(yīng)，生成具有強氧化性的羥基自由基[3]。該技術(shù)具有節(jié)省能源、無二次污染、反應(yīng)速度快等特點，并且可以在低溫和低壓下實現(xiàn)有機物的完全礦化。TiO2是目前應(yīng)用最廣泛的半導(dǎo)體，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和氧化能力，且催化活性高、毒性低、制備成本低[4]。

通過簡單液相合成方法成功合成了聚苯胺（PANI）改性含碳SnO2復(fù)合材料（SnO2/Carbon/ PANI）用于降解甲基橙，在可見光下照射10 min，降解率達98％[5]。李大軍等[6]使用原位聚合法和水熱法制備了GO-PPy/TiO2復(fù)合材料，用于去除孔雀石綠。實驗結(jié)果表明，在投加量為0.2 克g/500 mL毫升，pH為7.0的條件下，暗吸附30 min分鐘后，在紫外光下處理60 min分鐘，孔雀石綠完全降解。石現(xiàn)兵等[7]采用靜電紡絲技術(shù)制備了樹枝狀PVDF納米纖維膜負載TiO2光催化劑，以羅丹明B染料廢水為研究對象，探究以樹枝狀聚偏氟乙烯（PVDF）納米纖維膜為載體的二氧化鈦（TiO2）光催化。

劑對染料廢水的吸附和光催化降解性能。實驗結(jié)果表明TiO2能夠均勻分布于主干和分支纖維表面，此時在室溫下對水中羅丹明B的平衡吸附量提升了5.4倍，同時該材料在紫外光和可見光下對染料的降解速率常數(shù)分別提升了1.0倍、2.3倍，表現(xiàn)出更優(yōu)異的光催化性能。

2" 光電催化技術(shù)

光電催化技術(shù)通過將光催化劑固定在電極基底上，通過向催化劑施加偏壓提升對污染物的降解效率提高催化效率。在處理印染廢水的過程中，紫外線或太陽光照射在特定波長的半導(dǎo)體電極上會產(chǎn)生電子和空穴。這些電子和空穴會被引入廢水中，從而引發(fā)后續(xù)一系列反應(yīng)，其中會產(chǎn)生羥基自由基、過氧羥基等具有強氧化性的物質(zhì)，從而達到降解廢水中有機物的目的，影響降解效果的主要因素是電極的性能[8]。光電催化降解染料廢水中有機污染物的原理如圖1所示。

3" 芬頓技術(shù)

芬頓氧化法是一種常用的高級氧化技術(shù)。在酸性條件下，過氧化氫在二價鐵離子的催化作用下迅速分解，形成大量游離的羥基自由基（··OH），其具有強氧化作用，從而能夠使廢水中的有機污染物分解為小分子物質(zhì)。同時，二價鐵離子被羥基自由基氧化成三價鐵離子，三價鐵離子再與廢水中的氫氧根離子結(jié)合生成氫氧化鐵沉淀，從而產(chǎn)生混凝作用，帶走了大部分廢水中的有機污染物，實現(xiàn)凈化水質(zhì)的目的。相較于傳統(tǒng)的化學(xué)沉淀、生物處理等技術(shù)，芬頓氧化法處理效果更為優(yōu)越[13]。目前，芬頓技術(shù)已經(jīng)成為印染廢水處理領(lǐng)域中的重要技術(shù)之一，該技術(shù)具有反應(yīng)速度快、處理效率高、操作簡便等優(yōu)點[14]。同時，芬頓技術(shù)也可以與其他廢水處理技術(shù)相結(jié)合，形成更加完善的處理系統(tǒng)，提高廢水處理的效果。

吳娜娜等[15]采用三維電極-電芬頓技術(shù)對染料廢水進行降解，試驗發(fā)現(xiàn)，電極的極板間距、電壓、pH、曝氣強度、反應(yīng)強度均對孔雀石綠的降解率有影響，在最佳條件下，COD的去除率達70.61％，色度去除率達到91.97％。李亞峰等[16]研究了活性艷橙X-GN廢水處理的方法，將三維電極電催化技術(shù)與電Fenton技術(shù)聯(lián)用。研究結(jié)果顯示，pH、電壓、Fe2+投加量和電解質(zhì)濃度對處理效果有影響。當(dāng)pH=4.7，電源電壓為20.39 V，Na2SO4投加量為

2.13 g/L，F(xiàn)e2+投加量為2.5 mmol/L時，活性艷橙X-GN廢水的COD和色度去除率分別可以達到85.41%和92.18%。這表明該方法的處理效果良好。

4" 臭氧氧化技術(shù)

臭氧氧化技術(shù)是一種新型的廢水處理技術(shù)，其本身具備強氧化性，該技術(shù)的基本原理是利用臭氧的強氧化作用，將印染廢水中的染料分子等有機污染物分解為無害物質(zhì)。臭氧（O3）是一種強氧化劑，其強氧化性能可以有效地氧化多種有機物[17]。臭氧分解產(chǎn)生含氧自由基，其中在堿性環(huán)境中，OH-會加速臭氧分解，從而產(chǎn)生大量具有強氧化性的··OH[18]。臭氧氧化技術(shù)處理印染廢水的過程通常分為以下三個階段：（1）臭氧產(chǎn)生階段。臭氧的產(chǎn)生通常采用電解法、紫外線法和冷等離子體法等方式。其中，電解法是最常用的方法，通過電解水產(chǎn)生臭氧，同時生成一定量的氫氧化鈉（NaOH）和氫氧化氫（H2O2），這些物質(zhì)可以中和廢水的酸堿度并加強氧化作用。（2）混合反應(yīng)階段。臭氧和印染廢水在噴淋式或氣浮式反應(yīng)器中充分混合反應(yīng)。在反應(yīng)過程中，臭氧會將有機污染物氧化為CO2、H2O等物質(zhì)，同時還可以去除水中的顏色和異味。（3）氣液分離階段是將反應(yīng)后的氣體和液體分離，一般采用填料床或纖維過濾器等設(shè)備進行。分離后的氣體中含有一定量的臭氧，可以通過再次利用來節(jié)約成本和提高處理效率。

遲彤彤等[19]以含AOX（可吸附有機鹵素）染料廢水為實驗對象，考察臭氧氧化工藝對染料廢水降解，實驗結(jié)果表明，MnOx-GAC/O3/H2O2工藝對總有機碳（TOC）去除效果最佳，去除率可達67.6%；在體系內(nèi)加入H2O2能提高鹵代有機物的去除率； MnOx-GAC/O3和MnOx-GAC/O3/H2O2工藝類蛋白物質(zhì)和小分子代謝產(chǎn)物具有良好的去除效果。朱怡溶等[20]以羅丹明B染料廢水為實驗對象，為進一步提升臭氧氧化技術(shù)對染料廢水的處理效率，將鎂、錳、鐵和鈰四種金屬元素分別負載于活性炭和沸石等四種催化劑，研究不同催化劑對臭氧氧化羅丹明B染料廢水的處理作用。實驗結(jié)果表明，臭氧氧化效率最多提升至28%，活性炭作為催化劑載體負載錳的組合，處理效果最好。臭氧氧化技術(shù)在處理印染廢水方面被廣泛應(yīng)用和研究，取得了良好的處理效果。與其他處理技術(shù)相比，臭氧氧化技術(shù)具有處理效率高、環(huán)保性好、操作簡單等優(yōu)點，但臭氧氧化技術(shù)處理設(shè)備需要較高的技術(shù)要求，設(shè)備復(fù)雜，成本較高。

5" 結(jié)論和展望

光催化技術(shù)在常溫下便可以高效地降解有機污染物，節(jié)省了能源，但對光源的要求較高，需要使用高能量的紫外線或可見光，增加了設(shè)備成本，同時在實際應(yīng)用中，廢水水質(zhì)、pH值等因素都會影響實際處理效果。光催化技術(shù)未來的主要研究工作應(yīng)該集中在提高光催化材料的催化活性及穩(wěn)定性上，開發(fā)新型光催化材料；其次優(yōu)化反應(yīng)的條件，改進光源、溫度和pH值調(diào)節(jié)等，提高降解污染物的效率；和生物處理、電化學(xué)處理技術(shù)等相結(jié)合，提高染料廢水處理的效果。

光電催化技術(shù)處理染料廢水的未來研究方向主要集中在電極板的改性和制備新型電極板，具備其特有的優(yōu)勢，在對于染料廢水的處理有較好的應(yīng)用前景。

芬頓技術(shù)具有良好的染料廢水處理性能，可以快速降解有機物，并且反應(yīng)條件以及反應(yīng)設(shè)備都較簡單，被廣泛地應(yīng)用于紡織業(yè)、染料業(yè)廢水處理中。

臭氧氧化技術(shù)具有反應(yīng)速度快、反應(yīng)時間較短、處理效果好的優(yōu)勢，但處理成本較高。臭氧氧化法未來研究集中在和其他高級氧化技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用，提高處理效率，降低處理成本。

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Research progress of advanced oxidation technology for treating dye wastewatert

CUI ke-qing， Wang zhi-bo

（Shenyang Jianzhu University， 省Liaoning 市Shenyang 郵編110168，China）

Abstract：" Advanced oxidation technology has the advantages of rapid degradation rate and convenient operation， and is widely used in experiments for dye wastewater treatment because it can oxidize difficult-to-degrade organic pollutants in dye wastewater to small molecules such as CO2 and H2O. This review lists the research applications of photocatalysis， photocatalysis， Fenton， and ozone oxidation technologies for treating dye wastewater， and provides an outlook on the future of advanced oxidation technology in dye wastewater treatment.

Key words：" Photocatalysis;" Photoelectrocatalysis;" Fenton;" Ozone oxidation;" Dye wastewater