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1、染料的光催化脱色技术摘要染料与我们日常生活息息相关，其使我们生活的世界更加丰富多彩。本论文从染料的分类、染料废水的脱色技术、光催化的研究房展、印染废水的光催化研究等方面进行了讨论与研究。本文通过查阅书籍资料，实验对比讨论得出了结论，进一步的对染料光催化技术进行展望。关键词：染料 光催化 废水 脱色第一章 染料的分类在日常生活中，染料存在于我们生活的各个方面，从衣服到鞋子以及其他生活用品，染料都起着其独特的作用。染料使得我们的生活更加丰富多彩，世界更加五颜六色。染料是能使纤维和其他材料着色的物质，分为天然和合成两大类。染料是有颜色的物质，但有颜色的物质并不一定是染料。作为染料，必须能够使一定颜色
2、附着在纤维上且不易脱落、变色。1856年Perkin发明第一个合成染料-马尾紫，使有机化学分出了一门新学科-染料化学。20世纪50年代，Pattee和Stephen发现含二氯均三嗪基团的染料在碱性条件下与纤维上的羟基发生键合，标志着染料使纤维着色从物理过程发展到化学过程，开创了活性染料的合成应用时期。染料已不只限于纺织物的染色和印花，它在油漆、塑料、皮革、光电通讯、食品等许多部门得以应用。按染料性质及应用方法，可将染料进行下列分类：1）直接染料（direct dyes）这类染料因不需依赖其他药剂而可以直接染着于棉、麻、丝、毛等各种纤维上而得名。它的染色方法简单，色谱齐全，成本低廉。但其耐洗和耐
3、晒牢度较差，如采用适当后处理的方法，能够提高染色成品的牢度。2）酸性染料（acid dyes）在酸性介质中，染料分子内所含的磺酸基、羧基与蛋白纤维分子中的氨基以离子键相合，主要用于蛋白纤维（羊毛、蚕丝、皮革）的染色。3）分散染料（disperse dyes） 该类染料水溶性小，染色时借助分散剂呈分散状态而使疏水性纤维（涤纶、锦纶等）染色。4）活性染料（reaction dyes）染料分子中存在能与纤维分子的羟基、氨基发生化学反应的基团。通过与纤维成共价键而使纤维着色。又称反应染料。主要用于棉、麻、合成纤维的染色，也可用于蛋白纤维的着色。5）还原染料（vat dyes）有不溶和可溶于水两种。不溶
4、性染料在碱性溶液中还原成可溶性，染色再经过氧化使其在纤维上恢复其不溶性而使纤维着色。可溶性则省去还原一步。该类染料主要用于纤维素纤维的染色和印花。此外还包括阳离子染料（cationic dyes）、冰染染料（azoic dyes）、 缩聚染料（polycondesation dyes）、氧化染料(oxidation dyes)和硫化染料(sulphur dyes)等。按化学结构分类（主要是根据染料所含共轭体系的结构来分）。可分为：偶氮、酞菁、蒽醌、菁类、靛族、芳甲烷、硝基和亚硝基等染料。在有的大类别中又可分为若干小类。实际上，现在有些染料很难仅以其结构和使用性能来分类，上述两种分类方法均有待于
5、进一步完善。第二章 染料废水的脱色技术2.1 吸附法吸附法是利用多孔性的固体物质，使废水中的一种或多种物质被吸附在固体表面而去除的方法。吸附脱色技术是依靠吸附剂的吸附作用来脱除染料分子的。吸附按其作用力可分为物理吸附、化学吸附和离子交换吸附三种。目前用于吸附脱色的吸附剂主要是靠物理吸附, 但离子交换纤维、改性膨润土等也有化学吸附作用。常用的吸附剂包括可再生吸附剂如活性炭、离子交换纤维等和不可再生吸附剂如各种天然矿物(膨润土、硅藻土)、工业废料(煤渣、粉煤灰) 及天然废料(木炭、锯屑) 等。传统的吸附剂是活性碳，活性炭具有较高的比表面积（500- 600 m2/g），它只对阳离子染料、直接染料、
6、酸性染料、活性染料等水溶性染料具有较好的吸附性能。活性炭去除水中溶解性有机物（分子量不超过400）非常有效，但它不能去除水中的胶体疏水性染料。若废水BOD5 500mg/L，则采用吸附法是不经济的。膨润土作为水处理中的吸附剂和絮凝剂，已被广泛用于印染废水脱色领域，近年来制成多种复合膨润土、VS型纤维和聚苯乙烯基阳离子交换纤维等，具有物理吸附和离子交换功能，且比表面大、离子交换速度快，易再生，对难处理的阳离子染料废水有很好的脱色效果，有些改性的膨润土的脱色效果甚至高于活性炭1；某些集吸附与絮凝性能为一体的吸附剂如硅藻土复合净水剂也已开发；用电厂粉煤灰制成具有絮凝性能的改性粉煤灰，对疏水性和亲水性
7、染料废水均具有很高的脱色率；另外工业废料（如煤渣、粉煤灰等）、天然废料（如木炭、木屑等）、植物秸秆（如玉米棒等）均对印染废水具有一定的吸附作用。吸附法尤其适合难生化降解的纺织印染废水脱色处理，印染废水的吸附脱色技术是一项非常有效而又比较经济的方法。活性炭吸附脱色技术不适合印染废水一级处理，只能用于深度脱色处理，活性炭处理成本高，再生困难，所以活性炭的再生技术是正在研究的课题，其中生物再生是研究的重点方向。煤、炉渣吸附剂，原料来源广，成本低，但在处理印染废水之后存在二次污染，所以只适合与生化法或砂过滤等方法联合使用。离子交换树脂对水溶性染料离子吸附特别有效，离子交换吸附剂的开发研制是今后的主要发
8、展方向之一。廉价、高效、因地制宜新型吸附材料的开发是一项很有前途的技术。吸附法与其它处理方法的优化组合处理印染废水，脱色效果更佳。2综上所述，吸附脱色的发展方向体现在两个方面: 根据吸附机制开发、寻找新的吸附剂; 对现有吸附剂的改性与活化, 以提高脱色效果和再生能力。2.2生物处理法生物处理法主要通过生物菌体的絮凝作用、吸附作用和生物的降解作用对废水中发色物质分离和降解3。生物的絮凝和吸附作用属于物理过程，并不能使染料分子的结构发生化学变化，而生物的降解作用则是利用微生物酶来氧化或还原染料分子，破坏其发色基团和不饱和键，并通过一系列氧化、还原、水解、化合过程，将染料最终降解为简单无机物，或转化
9、成各种营养物或原生质。处理过程主要包括：好氧处理、厌氧处理和厌氧-好氧处理三种，其中好氧处理是用得最多的方法，厌氧一好氧法是近几年来针对印染废水特点新开发的一种方法。好氧处理法因其效果较好而受到广泛应用，相对于厌氧处理法而言，该法不产生臭味。厌氧生物处理法在一定条件下能够对复杂大分子物质有明显的降解效果，是一种很有发展前途的工业废水处理方法。但厌氧法处理工业废水经常伴随着腐臭味，且单独运用时效果也不理想。所以，国内外对单纯的厌氧处理工艺研究得较少。任随周4等通过细菌脱色酶TpmD酶学特性研究，发现TpmD对结晶紫、碱性品红、灿烂绿及孔雀绿等4种三苯基甲烷类染料都具有较强的脱色能力。E.Silv
10、eira 5等人采用假单胞菌属处理14种工业印染废水，结果表明食油假单胞菌对两种染料的脱色率达到80%以上，并且表现出较强的高浓度染料耐受性。为寻求高效、低耗、省投资的印染废水处理新技术，专家们将好氧处理技术与厌氧处理技术相结合，开发了兼氧水解-好氧生物处理工艺。罗昊进6等人采用CSBR工艺处理印染废水，在平均进水水质COD为1200 mg/L、BOD为350 mg/L、SS为200 mg/L、色度为400倍时，去除率分别为90 %、94 %、91 %和85 %。Xia Shibin7等人采用微电化学氧化-空气脱模-好氧生物处理工艺处理2,2,5,5-四氯联苯胺(TCB)，在好氧反应器中，CO
11、D、TCB和NH4+-N的去除率可分别达到86.3 %、70.6 %和90 %；总COD,TCB 和NH4+-N的去除率可分别达到98.9 %,98 %和88.8 %。2.3化学氧化法化学氧化技术是印染废水脱色的主要方法，常用于生物处理的前处理。一般是在催化剂的作用下，用氧化剂如臭氧、过氧化氢、氧气等氧化剂处理有机废水以提高其可生化性，或直接氧化降解废水中有机物使之稳定化。臭氧氧化具有反应完全、速度快、氧化能力强且无二次污染等优点，不足在于制备臭氧的电能消耗大，臭氧与系统接触效率低。目前，主要用于低浓度、难氧化的有机废水的处理。在实际工程应用中常与其它方法联用。赵伟荣8等采用“生化+物化+O3
12、”法处理添加阳离子红X-GRL的印染废水，CODCr由897 mg/L降到78 mg/L。Fenton氧化技术是基于H2O2为主体的高级氧化技术。Fe2+与H2O2反应生成的羟基自由基(OH)具有很强的氧化性，能够氧化打破有机高分子共轭体系结构，使持久性难降解染料有机物降解成为无色的有机小分子达到降解脱色的目的。Zhang Xingwang 9等人利用氮功能碳纳米管作为阴极产生H2O2形成电催化-Fenton降解甲基橙废水，结果表明氮功能碳纳米管阴极可以大大提高H2O2的利用率，对甲基橙具有较快脱色率，电极的周期稳定性和处理污水的能力大大提高。Ali zcan10等人采用电芬顿法处理酸性橙-7
13、，在最优条件电流300 mA，Fe3+浓度0.1 mM，pH为3时3分钟可处理完全。湿空气氧化技术(WAO)是指在高温(125-320)和高压(0.5-20MPa)的条件下，以纯氧或空气作为氧化剂，在液相中将有机污染物氧化为无机物或小分子有机物的化学过程。WAO处理有机污染物时，反应过程二次污染小，并可以回收能量和有用物料。在处理工艺中，加入适宜的催化剂可以降低反应所需的温度与压力，提高氧化分解能力，缩短反应时间，减轻设备腐蚀和降低生产成本。杨建礼11等人用Cu-Zn双金属系列催化剂C9，对H-酸模拟印染废水进行WAO处理，当操作条件为：温度170 、氧分压1.2 MPa，pH为7.0时，反应
14、90 min后COD去除率可达95 %以上。Zhang Yang12等人制备出具有纳米结构的多氧基钼酸盐Zn1.5PMo12O40，并用它作为湿空气氧化处理碱性藏红T(ST)的催化剂，结果表明当ST含量为10 mg/L时，反应40分钟后脱色率和COD去除率分别达到98 % 和 95 %。2.4电化学法电化学法是处理印染废水的另一种有效的处理方法。电化学法通过可溶性电极在阳极和阴极上发生电絮凝、电气浮和H的间接还原作用从而达到处理废水的目的。电化学法处理印染废水具有设备小、占地少、运行管理简单、COD去除率高和脱色好等优点，但同时电化学法存在着能耗大、成本高和析氧析氢副反应等缺点。近年来，随着电
15、化学和电力工业的发展以及许多新型高析氧析氢过电位电极的发明，电化学法又重新引起人们的重视。根据电极反应方式划分, 传统电化学方法可细分为内电解法、电絮凝和电气浮法、电氧化学。内电解法是利用废水中有些组分易被氧化，有些组分易被还原，在有导电介质存在时，电化学反应便会自发进行，同时兼有絮凝、吸附、共沉淀等综合作用的一种废水处理方法13。最著名的内电解法是铁屑法, 即将铸铁作为滤料, 使印染废水浸没或通过, 利用Fe 和FeC 与溶液的电位差, 发生电极反应, 产生较高化学活性新生态H, 能与印染废水多种组分发生氧化还原反应, 破坏染料发色结构, 而阳极产生的新生态Fe2+ , 其水解产物有较强的吸
16、附和絮凝作用。该法不需要外加电源，操作简单，成本低廉，是种很有前途的处理方法。电气浮法是以Fe、AL作阳极产生的H2将絮体浮起;而电絮法则是利用电极反应产生的Fe2+ 、Al3+实现絮凝脱色。采用石墨、钛板等作极板, 对染料废水通电电解, 阳极产生O2 或Cl2, 阴极产生H2。通过O的氧化作用及H的还原作用破坏染料分子而使印染废水脱色, 脱色率可达98% 以上,COD去除率达80%以上。国内重点研究的是电化学与其它方法相结合，其中较为有成就的是用絮凝复合床新技术处理高色度印染废水，对色度10000倍的印染废水处理后，脱色率可达99%以上，CODCr去除率达75%。2.5光催化氧化技术电催化高
17、级氧化技术(Advanced Electro catalysis Oxidation Processes , AEOP) 是最近发展起来的新型AOPs ,因其处理效率高、操作简便、与环境兼容等优点引起了研究者的注意。它能在常温常压下,通过有催化活性的电极反应直接或间接产生轻基自由基, 从而有效降解难生化污染物。陈武等进行了三维电极电化学方法处理印染废水实验, COD去除率达74.7% ,色度去除率达93.3%14。光催化氧化法是目前越来越受人们重视的一种高级氧化技术。所谓光催化反应，是指在光的催化作用下进行的一类化学反应。是以N型半导体的能带理论为基础，以N型半导体做敏化剂的一种光敏氧化法15
18、。当能量强度大于禁带宽度的光照射半导体催化剂时，满带上的电子被激发，跃过禁带进入导带，则在价带上产生相应的电子空穴，从而引发反应16。在太阳能的利用中光电转化以及光化学转化一直是十分活跃的研究领域。第三章 光催化的研究发展 3.1光催化的意义光催化技术是在20世纪70年代诞生的基础纳米技术，在中国大陆我们会用光触媒这个通俗词来称呼光催化剂。典型的天然光催化剂就是我们常见的叶绿素，在植物的光合作用中促进空气中的二氧化碳和水合成为氧气和碳水化合物。总的来说纳米光触媒技术是一种纳米仿生技术，用于环境净化，自清洁材料，先进新能源，癌症医疗，高效率抗菌等多个前沿领域18。光催化（氧化）反应中，二氧化钛只
19、是起催化作用，能杀菌的有效成分其实是空气中的氧。光催化的意义在于，通过TiO2的催化，让氧气充分发挥它的氧化作用，具体作用形式有O（原子氧）和HO（羟基自由基）。光催化的实现通常需要紫外线，因为紫外线比可见光的波长短，具有更高的能量，更能激发TiO2产生电子-空穴对19。所以，只有可见光，同时空气不流通的情况下，光催化的两个必要条件（足够小的激发波长、充足的氧气）都被限制了，杀菌的效果肯定不好。LZ的这个问题很有水平，因为在光催化领域中，如何提高光敏介质（二氧化钛、二氧化硅、氧化锌等）的有效激发波长，以便尽量利用可见光作为光源，一直是学者们努力攻关的方向之一。具体来说光催化技术有以下几点意义：
20、1）低温深度反应：光催化氧化可在室温下将水、空气和土壤中有机污染物完全氧化成无毒无害的物质。而传统的高温焚烧技术则需要在极高的温度下才可将污染物摧毁，即使用常规的催化氧化方法亦需要几百度的高温。2）净化彻底：它直接将空气中的有机污染物，完全氧化成无毒无害的物质，不留任何二次污染，目前广泛采用的活性炭吸附法不分解污染物，只是将污染源转移。3）绿色能源：光催化可利用太阳光作为能源来活化光催化剂，驱动氧化还原反应，而且光催化剂在反应过程中并不消耗。从能源角度而言，这一特征使光催化技术更具魅力。4）氧化性强：大量研究表明，半导体光催化具有氧化性强的特点，对臭氧难以氧化的某些有机物如三氯甲烷、四氯化炭、
21、六氯苯、都能有效地加以分解，所以对难以降解的有机物具有特别意义，光催化的有效氧化剂是羟基自由基（HO），HO的氧化性高于常见的臭氧、双氧水、高锰酸钾、次氯酸等。5）广谱性：光催化对从烃到羧酸的种类众多有机物都有效，美国环保署公布的九大类114种污染物均被证实可通过光催化得到治理，即使对原子有机物如卤代烃、染料、含氮有机物、有机磷杀虫剂也有很好的去除效果，一般经过持续反应可达到完全净化。6）寿命长：理论上，催化剂的寿命是无限长的。3.2光催化的方法光催化概述起来说就是光触媒在外界可见光的作用下发生催化作用；光催化一般是多种相态之间的催化反应；光触媒在光照条件（可以是不同波长的光照）下所起到催化作
22、用的化学反应，统称为光反应20。光催化氧化反应以半导体为催化剂，以光为能量，将有机物降解为CO2和水。在光照下，如果光子的能量大于半导体禁带宽度，其价带上的电子（e-）就会被激发到导带上，同时在价带上产生空穴（h+）。激发态的导带电子和价带空穴又能重新合并，并产生热能或其他形式散发掉。当催化剂存在合适的俘获剂、表面缺陷或者其他因素时，电子和空穴的复合得到抑制，就会在催化剂表面发生氧化还原反应。价带空穴是良好的氧化剂，导带电子是良好的还原剂，在半导体光催化反应中，一般与表面吸附的H2O，O2反应生成氧化性很活波的羟基自由基（OH）和超氧离子自由基（O2-）。能够把各种有机物氧化直接氧化成CO2、
23、H2O等无机小分子，而且因为他们的氧化能力强，使一般的氧化反应一般不停留在中间步骤，不产生中间产物。 光降解通常是指有机物在光的作用下，逐步氧化成低分子中间产物最终生成CO2、H2O及其它的离子如NO3-、PO43-、Cl-等21。有机物的光降解可分为直接光降解、间接光降解。前者是指有机物分子吸收光能后进一步发生的化学反应。后者是周围环境存在的某些物质吸收光能成激发态，再诱导一系列有机物的反应。间接光降解对环境中难生物降解的有机污染物更为重要。水溶液中的光催化氧化反应，在半导体表面失去的电子主要是水分子，水分子经一系列的变化后产生氧化能力极强的羟基自由基H，氧化各种有机物并使其矿化为CO2。在
24、水溶液中利用光化学反应降解污染物的途径，包括无催化剂和有催化剂参与的光化学氧化过程。前者多采用氧和过氧化氢作为氧化剂，在紫外光的照射下使污染物氧化分解；后者又称光催化氧化，一般可分为均相和非均相催化两种类型。均相光催化降解中较常见的是以Fe2+或Fe3+及H2O2为介质，通过photo-Fenton反应产生H使污染物得到降解，非均相光催化降解中较常见的是在污染体系中投加一定量的光敏半导体材料，同时结合一定量的光辐射，使光敏半导体在光的照射下激发产生电子-空穴对，吸附在半导体上的溶解氧、水分子等与电子-空穴作用，产生H等氧化性极强的自由基，再通过与污染物之间的羟基加和、取代电子转移等式污染物全部
25、或接近全部矿化22。光催化氧化技术在常温常压下进行，并且可利用太阳光作为光源。在早期有人曾对芳香族化合物及苯环上有取代的化合物进行光催化研究，确定多种有机物可以完全无机化，含硫、含氮、含磷的有机物在TiO2浊液中进行光催化氧化可完全无机化23。由此可见，光催化在有机污染物降解的技术非常有前途。光催化技术虽然已经在不少领域成功应用并表现出其优越性,在降解水污染物、节约能源、维持生态平衡等方面都有着很多的优点。但是光催化技术目前的应用研究，尚属于起步阶段，在实际应用中还存在诸多问题。反应机理和反应动力学，寻找高效光催化剂，反应器模型的设计，催化剂的固载化的工业化应用，降低成本等方面尚需作进一步的研
26、究，跨学科的合作也有待加强。相信在不久的将来，这一技术能够逐渐成熟、完善起来，为全球的可持续发展作出更大的贡献。第四章 印染废水的光催化研究目前，我国印染企业大多属于中小型企业，设备工艺落后，单位印染物耗水量大，废水排放量大，水量水质变化剧烈，随着化学纤维织物的发展和染整技术进步，PVA浆料、新型助剂等难生化降解有机物大量进入印染废水中，COD浓度上升到20003000mgL24 。其可生化性能差，含有多种有毒有害物质，在传统生化处理系统中难以选择、驯化、培养某种优势菌种来适应水质水量变化和进行有效的降解。另外，生化处理系统设备多，占地面积大，工艺控制条件较为复杂，限制了生化法的广泛采用。传统
27、的物理、化学方法也很难使印染废水处理后达到排放标准。因此，新的联用技术的开发引起了重视。其中，超声波辅助光催化降解、超声协同电化学等技术均有研究报道，且处理效果良好，具有可观的应用前景。4.1负载型磺酸铁酞菁对印染废水的光催化降解以利用太阳能为主的多相光催化氧化技术,对有机物的氧化具有广谱性,能使之完全矿化并节约能源,是一种非常有前景的环境治理技术25。四磺酸铁酞菁(FePcS)结构类似细胞色素P-450,近年来作为光催化剂在处理废水方面备受关注26,但是均相催化存在小分子酞菁进入水中形成二次污染,酞菁化合物在溶液中易形成聚合体,降低其催化活性的问题。将酞菁负载在纤维上既可以提高其抗氧化能力,
28、又可以减少二次污染,可实现重复利用。本文将FePcS负载到阳离子改性的棉纤维上,制得新型催化纤维。在可见光照射下,该催化纤维能催化H2O2氧化难降解的有机染料活性红,并取得良好的催化效果27。4.2 TiO2/活性炭光催化技术应用于印染废水TiO2光催化剂材料近几年来一直是材料学及催化科学研究的热点。TiO2以其廉价无毒、腐蚀性小、无二次污染等诸多优点,被认为是当前最具有开发前景的绿色环保型光催化剂。通过对比实验发现,单独用TiO2降解有机物和单独用活性炭对水中的有机物进行吸附的效果都远远次于TiO2/活性炭负载体系的处理效果。因为TiO2在进行光催化降解有机物时,首要条件就是将有机物分子吸附
29、在催化剂的表面。本实验条件下由于处理对象的浓度较低,TiO2光催化剂与有机物分子碰撞频率较低,吸附作用进行的缓慢,限制了光催化反应的速率,对于TiO2/活性炭负载体系,因为活性炭的高吸附性能,使废水中的有机物迅速在活性炭周围聚集,很快便在活性炭表面富集大量的有机分子,这些有机分子进一步向与活性炭相复合的光催化剂表面扩散,并迅速在催化剂表面产生吸附, 为进一步的光催化降解提供了大量的有机分子28。用颗粒活性炭作为载体,将TiO2的光催化活性与活性炭的吸附性能结合在一起,有助于解决光催化剂的流失、分离和回收问题,利于光催化活性的提高29。取适量的活性炭,放入 500 mL的烧杯中,加入适量的蒸馏水
30、,用电炉加热至沸腾后,倒出沸腾液,再换取一定量的蒸馏水,这样反复3次,最后放入烘箱中,在80下干燥2 h,以去除活性炭在存放过程中所吸附的杂质。取20mL无水乙醇,在剧烈 搅拌下逐滴滴入2mL冰醋酸,缓慢滴入12mL钛酸 丁酯得。取20 mL无水乙醇于烧杯中,加入2mL蒸馏水,剧烈搅拌下加入2mL冰醋酸得。在剧烈搅拌下,缓慢将滴加到中,剧烈搅拌2 h,静置1h,加入预处理过的活性炭连续搅拌2h后,静置,室温下陈化12 h。待凝胶后放入干燥箱, 80干燥2h。放入马沸炉,450煅烧2h,即得一次负载的催化剂。将活性炭换成一次负载催化剂,重复上述步骤,即得二次负载的催化剂,依此类推。304.3 浮
31、石光催化剂的制备及其在印染废水处理中的应用以天然浮石为载体,用溶胶凝胶法制备含pb2+的TiO2光催化剂,并用制备的光催化剂处理活性艳红X-3B染料废水。研究了催化剂制备时溶胶的涂覆次数、掺杂Pb2+浓度、染液pH值、处理温度对染料废水处理效果的影响31。结果表明,当涂覆4次、Pb(NO3)2浓度为2.0g/ L,处理温度70条件下处理75min,脱色率可达89%。光催化氧化作为一种新型氧化技术,受到国内外学者 的关注,它用于污水处理具有及其广阔的前景25。目前,悬浮态TiO2光催化剂在水中易凝聚、易失活,且使光的穿透力受阻,尤其是处理后的光催化剂分离与回收已成为该 项技术能否工业化的关键,对
32、于此类问题人们通过将光催化剂负载到合适的载体上来加以解决。同时发现,由于光催化剂在载体上的负载使其催化活性受到了一定的影响, 近年来的研究表明离子掺杂TiO2是提高光催化活性的一条很好的途径32。已有学者研究了掺杂Fe3+、Ca2+、Mg2+、 A13+、Cu2+等离子对iO2光催化活性的影响。浮石光催化剂制备：取一1000ml烧杯,将浮石浸于TiO2溶胶中,超声振荡 15min,并不断用玻棒搅拌,使TiO2溶胶与浮石充分混合。然后取出烧杯中的浮石,放于干燥处静置24hr。将静置后的浮石置于马福炉中,温度先上升至250,恒温保持60min;再调高温度到500,恒温保持3hr。关闭 电源后,浮石
33、在马福炉中自然冷却至室温。烧制好的浮石,用蒸馏水冲洗,再放入烘箱中烘干,即制得涂覆1次的pb2+/TiO2/浮石光催化剂。重复上述步骤,可以制得涂覆2、3、4、5次的pb2+/TiO2/浮石光催化剂33。由实验可知，涂覆4次的处理效果最好,处理 75min时,脱色率可达52.5%。分析认为:涂覆次数过少,浮石表面TiO2的含量过少,催化效果不佳;但涂覆次数过多,浮石内的小空隙会被TiO2溶胶覆盖,减少了 接触反应的面积,从而影响了催化效果。通过文献资料查阅，可知34 1）以天然浮石为载体,用溶胶凝胶法制备的含 pb2+的TiO2光催化剂,随着掺杂Pb(NO3)2浓度的增加,脱色率不断增加。可见
34、TiO2光催化剂中掺杂过渡 金属离子Pb2+,可改善和提高印染废水的处理效果。2） TiO2溶胶涂覆量有一最佳值,低于这一值,处理效果较差,高于这一值则处理效果提高不明显,甚至会因 堵塞浮石空隙而使处理效果变差。试验中,浮石涂覆4 次为最佳,处理75min时,脱色率可达52.5%。3）染液的初始pH值对处理效果影响较大,尤其是在酸性条件下,当pH=2时,处理45min时,脱色率就可达到60.5%。4）TiO2光催化剂处理废水的温度对催化剂的活性有 较大的影响。试验表明,温度越高,处理的效果越好。在工业生产上,温度过高不但对设备的要求提高,而且损失了大量的热量,使处理成本提高,不够现实,所以,可
35、以选择40的反应温度。同时可以查看中国污水处工程网更多技术文档。4.4超声电化学与超声光催化分段处理印染废水设想超声电化学、超声光催化分段处理印染废水。首先，超声空化作用能有效降低水中污染物的毒性，降解难降解有机物和提高可生化性。超声电化学段，采用上述超声协同一钛铁双阳极电化学法。超声空化产生的局部高温高压大大强化氢氧自由基对有机物的氧化速度，提高降解效率，可在较短时间内大量降低印染废水的有机物浓度和色度，同时降低了单一使用电化学氧化处理所需的能耗。超声光催化段，采用超声波辅助TiO2光催化法，并用反光镜进行密闭35。由于印染废水经前处理后已处于低浓度和低色度状态，即有助于光能的传递也提高其利
36、用率28。这一阶段可有以下几点效果：（）超声波分解过程中能够打碎TiO2固体的表面部分颗粒。这些具有催化作用的固体以更小颗粒分散开来，从而增加了TiO2固体颗粒的总表面积，提高了光催化剂的利用率；（）能够生成羟基自由基，增加了体系中强氧化剂的量；（）能够产生双氧水，加快了光催化降解的过程；（）超声波还能清洗吸附在光催化剂固体颗粒表面的脏物。而这种脏物能降低光催化剂的催化活性，所以，TiO2光催化剂在超声波辅助下，在催化氧化过程中，光催化剂的表面不断地被清洗。这样光催化剂的催化活性就能很好地保持下去。经过两段处理后可以使有机难降解物最终矿化为CO2和H2O，达到去除COD，BOD和脱色效果，但要
37、实现最好的处理效果，能耗是非常巨大的，不符合印染企业的经济利益36。因此，可以考虑两段处理作为预处理阶段与生化处理联用，在高效低成本的情况下提高后续处理的可生化性。第五章 结论与展望 综上所述，染料的光催化技术在我国现今发展中正在逐步发展。对于其，我们要抱着科研的精神，进一步的对其展开研究。可以预见，染料的光催化技术将会发展的愈来愈好，更加贴近我们的生活。参考文献:1肖羽堂，继徽.纺织印染废水的吸附脱色技术研究进展J.重庆环境科学，1996，18，（5）：24-28，322杜爱国 马宏明等.印染废水的脱色处理J.印染 1997，3（5）：34-38 3宋轩, 张利红. 有机废水生物处理系统中S
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