超声波_光催化降解处理苯酚的实验研究.kdh

第28卷增 刊 辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 2009年9月 V ol.28 Suppl. Journal of Liaoning Technical University （Natural Science ） Sept. 2009收稿日期：2009-06-04文章编号：1008-0562(2009)增刊Ⅱ-0160-03超声波-光催化降解处理苯酚的实验研究孙 莉，王丽华，陈 杰（辽宁工程技术大学 资源与环境工程学院， 辽宁 阜新 123000）摘 要：为了证明超声波—光催化氧化法处理水中的化学污染物的效果，通过光催化氧化法和超声波氧化法联合处理苯酚，对三种降解体系的降解效果做了比较，分析 pH 、催化剂、时间等影响超声—光催化降解效率的因素，寻求超声波-光催化降解苯酚的适宜条件，研究结果表明：超声—光催化联合法比单一的超声波氧化法、光催化法降解率要高。

在pH 为6.0~7.0，催化剂的投加量为0.4 g ，时间为2 h 的条件下苯酚的降解效果最好。

关键词：光催化；超声波；超声—光催化；降解 中图分类号：S 273.5 文献标识码：BExperimental study on degradation of phenol withultrasonic - photocatalysisSUN li 1，WANG Lihua 2，CHEN Jie 3(College of Resources and Environmental Engineering,Liaoning Technical University, Fuxin 123000, China) Abstract ：In order to prove the effect of using ultrasonic – photocatalysis to deal with the chemical pollutants in water, the photocatalysis oxidation method and the ultrasonic oxidation method were used together to deal with phenol. The degradation effects of the three degradation systems were compared and the factors of pH, catalyst and time, which can affect the degradation efficiency of the ultrasonic – photocatalysis method, were analyzed to seek the suitable conditions for degradation of phenol with ultrasound – photocatalysis. The study results indicate that the degradation rate of ultrasonic – photocatalysis is higher than that of a single method, ultrasonic or photocatalysis and when the pH is between 6.0 and 7.0, the dosage of catalyst is 0.4 gram and the time is 2 hours, the degradation effect of phenol is the best.Key words ：photocatalysis ；ultrasonic ；ultrasonic– photocatalysis ；degradation0 引 言近几年来,光催化氧化法用于环境污染治理受到广泛的重视。

它是近年发展起来的一种新型水处理技术，因高效、无二次污染，且具有可直接利用太阳能的潜力，而受到各国学者的关注。

至今,已发现有3 000多种难降解的有机化合物可以在紫外线的照射下通过TiO 2迅速降解[1]。

但进一步降低能耗和提高催化效率是加快实用化进程的关键[2]。

利用超声波降解水中的化学污染物,也是当今研究的热点课题之一。

将超声与光催化(TiO 2)联合起来，不仅集中了二者的优点，而且具有协同效应。

目前国外，如日本学者用超声-光催化分解得到氢气和氧气，证明了声化学和光化学能有效地结合[3]；国内在该领域的研究才刚刚起步。

1 超声—光催化降解苯酚的机理超声波发生器发出的高频振荡信号，通过换能器转换成高频机械振荡而传播到介质中，超声波使液体流动而产生数以万计的微小气泡，它们在声场的作用下振动，当声压达到一定值时，气泡迅速增长，然后闭合并同时产生冲击波，在其周围产生上千个大气压力，从而达到降解苯酚的目的。

然后在光催化降解的同时，运用超声波，在光催化降解苯酚的同时，超声波能够清洗吸附在催化剂表面的有机物分子[4]；超声波的机械作用及声光催化协同产生的H 2O 2,从而生成羟基自由基[5]。

自由基可以在空化泡沫周围界面重新组合，或者和气相中挥发性物质反应，或者在气泡界面区，形成最终产物。

2 超声-光催化降解处理苯酚实验2.1 实验的试剂 苯酚溶液（自制）；二氧化钛（杭州万景纳米材料有限公司，平均粒径10.0 nm ）； 2.2 实验的仪器增 刊 孙 莉，等：超声波-光催化降解处理苯酚的实验研究 16190-3型定时恒温磁力搅拌器(上海亚荣生化仪器厂）；80-2型离心机（江苏环宇科学仪器厂）；7230G 型分光光度计（上海精密科学仪器有限公司）；箱式马弗炉（北京独创科技有限公司）；40W 紫外杀菌灯（江苏启东，主波长253.7 nm ）； 2.3 实验方法将一定浓度的苯酚溶液100 mL 和一定质量的TiO 2粉末加入（0.2、0.4、0.6、0.8g ）到250 mL 烧杯中，向反应器中通入空气，曝气1h ，用超声波振荡器振荡30 min ，制成TiO 2-苯酚溶液悬浊液。

用转子搅拌的同时打开紫外杀菌灯，用紫外线照射溶液，每隔一定时间取一次样，取样后样品进行高速离心分离。

取上层清液分析测定苯酚溶液在超声波-光催化反应前后的浓度变化。

1.曝气装置2.超声波发生器3.紫外杀菌灯4.烧杯5. 90-3型定时恒温磁力搅拌器6.换能器7.探头；图2-1 实验装置 Fig.2-1 experimental setup3 实验结果与讨论3.1 超声波氧化法和光催化氧化法联合的有效性 分别取0.4gTiO 2粉末投加入100 mL 质量浓度为50 mg/L 的苯酚溶液中。

通入空气搅拌1h ，分别用光催化氧化、超声波氧化和超声波-光催化氧化对苯酚进行处理，每隔1h 取一次样，时间为6 h 。

比较此三种方法在处理前后的苯酚的浓度变化。

由图1。

图1 处理方法类型对光解率的影响Fig.1 the type of treatment solution of the rate of light从上图可以看出：仅使用紫外杀菌灯照射6h后只有15.4％的苯酚得到光催化降解。

超声波氧化降解苯酚处理效率为22.6％。

将超声波氧化处理与光催化氧化处理相结合，实验结果表明，降解率大大提高，可达到83.5%，因此，超声波-光催化氧化处理苯酚时存在协同作用，比单一的使用前两种方法降解效果要有效的多。

4 影响催化氧化降解苯酚的因素4.1 pH 对苯酚降解效果的影响用一定质量浓度的NaOH 和HNO 3溶液分别将质量浓度为50 mg/L 的苯酚溶液调节至2.4，4.0，6.0，7.0，9.0，11.0，在相同的条下加入0.4gTiO 2超声波-光催化降解苯酚溶液6h ，比较反应后苯酚溶液的降解效果。

由图2表明：苯酚降解率在pH ＝2.4时较小，随着pH 的增大，苯酚去除率提高，pH 为6.0～7.0时苯酚去除率较高。

以后随着pH 增大，苯酚降解率下降。

因此，超声波-光催化降解苯酚对pH 的要求比较高。

图2 pH 对苯酚降解率的影响 Fig.2 pH on degradation rate of phenol4.2 TiO 2催化剂的影响分别取锐钛型TiO 2粉末0.2 g 、0.4 g 、0.6 g 、0.8 g ，各投加到浓度为50 mg/L 的苯酚溶液中。

通入空气用转子搅拌1h ，再用超声波清洗器振荡30min 后，进行超声波-光催化氧化降解。

每隔1h 取一次样，6 h 后比较苯酚前后的质量浓度变化。

如图3。

图3 催化剂投加量对苯酚去除率的影响 Fig.3 catalyst dosage on the removal of phenol由图可知催化剂的尺寸及晶形也是影响降解率的重要因素。

TiO 2的颗粒越小，颗粒分散越均匀，2134567时间/h 苯酚的降解率/% 20406080pH 苯酚的降解率/%催化剂投加量/g 苯酚的降解率/%辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 第28卷162其催化性就越高。

随着催化剂投加量的增加，由于光催化作用苯酚的降解速率增大。

另一方面随着催化剂投加量的增加，超声波空化作用也随之增强，产生的氧化剂浓度增加，反应平衡向有利于苯酚降解的方向移动，同时随着增加催化剂，降解反应速度加快，导致苯酚的降解效率增加。

但是当催化剂增加到一定量以后，超声波空化作用对光催化降解的协同作用减少，致使催化剂表面产生的•OH 基本保持稳定，因而光解率不会增加，甚至会因为浓度过高，降解速率出现减小的趋势。

在本实验中，苯酚溶液的催化剂投加量以0.4 g 为最佳投加量。

4.3 时间对含酚废水处理效果的影响各取0.4 g 锐钛型TiO2粉末投入到浓度为100 mg/L 的苯酚溶液中。

通入空气振荡30 min 后搅拌1 h ，每30 min 取样，共取6 h 超声波-光催化氧化处理已配好的苯酚溶液。

反应后比较在处理前后苯酚的浓度变化，由图4。

图4 反应时间对苯酚降解率的影响Fig.4 reaction time on the degradation rate of phenol本实验悬浮态TiO 2粉末超声波-光催化作用下的苯酚溶液降解反应表现为一级反应，满足一级反应动力学方程。

影响苯酚超声波-光催化降解反应动力学的因素很多，这其中许多因素对超声波-光催化降解速率的影响较为复杂。

因此，本实验研究初始浓度为50 mg/L 的苯酚溶液的超声波-光催化降解动力学，反应的最佳时间为6 h 。

4.4 温度的影响为了验证温度对TiO 2-苯酚混合液的影响，再做一组实验，分别将含有0.2 g 、0.4 g 、0.6 g 、0.8g TiO 2的苯酚溶液加热一定的温度后，进行同上的实验步骤。