TiO_2光催化反应及其在废水处理中的应用

文章编号:100125620(2006)0420065204纳米TiO 2处理河南油田压裂废水技术研究王松1　曹明伟2　丁连民2　胡三清1　李涛1　曾科1(1.长江大学化工学院,湖北荆州;2.河南油田采油一厂,河南南阳)摘要　通过对压裂废液成分的分析,结合纳米催化氧化的原理和特点,提出了一套纳米光化技术处理压裂废液的方案,即:采用混凝—氧化—吸附—光化法处理压裂液,加入0.25g/L 混凝剂C 21、0.1g/L 助凝剂C 26、0.05g/L 助凝剂C 27、0.3mg/L 氧化剂O 21和1g/L 吸附剂A 21,最后进行光化处理。

处理后出水进入系统水后没有生成沉淀、气体等,对系统水水质没有较大改变,处理后出水的p H 值为7.11、含铁为0.5mg/L 、含油为0.5mg/L 、含硫为7.6mg/L 、细菌为76个/mL 、悬浮物为4.7mg/L ,达到了回注标准。

该技术已经在河南油田进行了中试,取得了较好的效果。

关键词　压裂液废液　环境保护　纳米　二氧化钛　光催化降解中图分类号:TE357.61文献标识码:A 20世纪70年代以来,国内外对压裂废水的处理进行了研究,先后研究出一些处理方法、处理药剂、处理装置等。

处理方法主要有:物理法、生物法、生物化学法、化学法和物理化学法等。

但是现有的处理方法技术不够成熟且缺乏广泛的应用性。

合理有效地处理压裂废水对解决油气田开发中由压裂作业过程中带来的环境问题有重要意义[1～3]。

1　纳米光催化氧化工业废水机理111　TiO 2的反应机理目前,研究最多的半导体光催化材料有Ti O 2、ZnO 、CdS 、WO 3、SnO 2等,其中尤以纳米二氧化钛的光催化研究最为活跃。

因为TiO 2化学稳定性高、耐光腐蚀,并具有较深的价带能级,催化活性好,可使一些吸热的化学反应在光辐射的TiO 2表面得到实现和加速,而且TiO 2对人体无毒无害,成本较低。

Ti O 2光催化反应机理包括以下几个过程[4]。

TiO2光催化反应及其在废水处理中的应用随着人口的增加和工业化的快速发展，水资源的污染问题日益突出，给环境和人类健康带来了巨大威胁。

因此，寻找高效、低成本的废水处理技术变得尤为重要。

TiO2光催化反应由于其高效、环境友好的特点，在废水处理中得到了广泛应用。

TiO2是一种常见的金属氧化物，具有良好的稳定性、耐腐蚀性和光催化性能。

光催化反应是指在光照下，光催化剂吸收光能产生活性氧物种，通过氧化还原反应将有机污染物转化为无害的物质。

TiO2光催化反应的原理主要基于其能带结构和表面活性位点。

当光照入射到TiO2表面时，激活光子会激发电子从价带跃迁到导带，产生电子-空穴对。

电子和空穴在晶体内部进行迁移，发生氧化还原反应。

此外，TiO2表面的羟基（OH）和缺陷位点也可以吸附有机污染物，提高催化剂的活性。

尽管TiO2光催化反应具有良好的光催化性能，但纯TiO2的光响应范围较窄，主要在紫外线（UV）区域。

为了拓展其光响应范围，研究者们通过掺杂、复合和修饰等方法进行了改性。

掺杂将其他金属或非金属元素引入TiO2晶格中，改变了其能带结构和吸收光谱。

复合将TiO2与其他材料进行复合，形成新的光催化剂。

修饰利用纳米材料对TiO2进行修饰，增强了其光催化性能。

这些方法不仅提高了光催化剂的光响应范围，还改善了其光催化效率。

在废水处理中，TiO2光催化反应被广泛应用于去除有机物、重金属离子和细菌等污染物。

有机污染物是废水中主要的污染源之一，包括有机溶剂、农药、染料和药物等。

这些物质具有难降解性和毒性，传统的废水处理方法往往效果不佳。

而TiO2光催化反应能够将有机污染物降解为无害的物质，大大提高了废水处理的效果。

重金属离子是废水中另一个常见的污染物，具有持久性和生物蓄积性。

TiO2光催化反应能够将重金属离子还原为金属，或通过与金属形成络合物沉淀，有效去除废水中的重金属污染物。

此外，TiO2光催化剂还可以发生光生杀菌作用，通过破坏细菌细胞结构和代谢功能来净化废水。

[收稿日期]20060625　[作者简介]任朝华(1978),男,2001年大学毕业,硕士,助教,现主要从事功能高分子助剂及其在环保中应用的研究与教学工作。

絮凝纳米TiO 2光催化氧化法处理造纸废水的研究 任朝华　(长江大学化学与环境工程学院,湖北荆州434023)[摘要]应用絮凝纳米TiO 2光催化氧化法对造纸废水进行了处理,并对其处理工艺进行了研究。

讨论了在常温下,混凝过程中Al 2(SO 4)3的投加量和废水p H 值以及纳米光催化氧化过程中纳米TiO 2投加量、H 2O 2投加量和光照时间等因素对造纸废水的C O D 去除率的影响。

结果表明,造纸废水的COD 去除率达到95%以上,p H 值6182,造纸废水的各项指标达到了排放标准。

[关键词]造纸废水;污水处理;絮凝;纳米TiO 2;光催化氧化;C O D 去除率[中图分类号]X793[文献标识码]A [文章编号]16731409(2006)03004103目前,造纸废水的处理主要采用混凝沉淀法,但混凝沉淀法只能去除大部分的化学耗氧量C OD (C O D C r 去除率在60%～74%左右)和大部分的生物耗氧量BO D (BO D 5去除率在60%～70%左右),各项指标很难达到国家一级排放标准。

虽然采用生物化学工艺可以达到造纸废水的一级排放标准,但生物化学处理方法较为复杂,一般工作人员较难掌握,并且运行费用较高,污水处理厂在开车前细菌驯化培养时间长、技术要求高等[1],在实际应用上存在一定的不可行性。

为此,寻求新的造纸废水处理工艺,以满足造纸废水的深度处理和更高要求的达标排放,将具有积极地意义。

在传统混凝沉淀法的基础上,其他技术和混凝沉淀技术结合应用于造纸废水处理中,将是一种可行的造纸废水处理途径[2]。

笔者将纳米TiO 2光催化氧化技术与混凝沉淀技术结合来处理实际的造纸废水,取得了理想的处理效果。

1　试验部分111　主要仪器和试剂仪器:p H 24型数字式酸度计;UV 24802型双光束紫外可见光分光光度计;7821磁力加热搅拌器;光催化反应器(自制);紫外杀菌灯(30W )。

TiO2光催化反应及其在废水处理中的应用TiO2光催化反应及其在废水处理中的应用摘要：近年来，随着环境问题的日益突出，废水处理成为了重要的课题之一。

光催化技术由于其高效、环保的特点，被广泛应用于废水处理领域。

其中，钛白粉（TiO2）光催化反应被认为是一种非常有效的方法。

本文从TiO2光催化反应的基本原理、反应机制和影响因素等方面进行了探讨，并详细介绍了其在废水处理中的应用。

一、引言随着工业化进程的不断加快，废水排放问题日益严重。

废水中含有大量的有机物、重金属离子等污染物，不仅对水体生态环境造成了严重的破坏，也对人类的健康产生了潜在的危害。

因此，如何有效地处理废水成为了亟待解决的问题。

光催化技术由于其高效、环保的优势，被广泛应用于废水处理领域。

其中，TiO2光催化反应因其低成本、易得性和良好的稳定性等特点，成为了研究的热点之一。

二、TiO2光催化反应的基本原理TiO2光催化反应是指在紫外光照射下，通过激发TiO2表面的电子，产生一系列氧化还原反应，最终实现有机污染物的降解。

TiO2光催化反应的基本原理可以归结为：1) 紫外光照射下，TiO2表面的电子被激发至导带，形成自由电子和空穴；2) 自由电子和空穴在TiO2表面进行氧化还原反应，产生一系列高活性氧化物种，如羟基自由基、超氧自由基等；3) 这些高活性氧化物种与有机污染物发生反应，使其降解为无害物质。

三、TiO2光催化反应的反应机制TiO2光催化反应的反应机制主要包括两个方面：1) 高活性氧化物种生成机制；2) 有机污染物的降解机制。

高活性氧化物种生成机制为：当TiO2表面的电子被紫外光激发，会形成自由电子和空穴。

自由电子在TiO2表面与氧分子发生反应，生成氧化还原活性物种，如羟基自由基；空穴则与水分子发生反应，产生羟基自由基和超氧自由基。

有机污染物的降解机制为：高活性氧化物种与有机污染物发生反应，形成过渡产物，并经过一系列反应逐步降解为无害物质。

废水处理中的 TiO_2光催化反应摘要：本文将详细介绍TiO2光催化反应的试验机理，通过专业的研究与调查，精准找出TiO2光催化反应在废水处理中的实际应用，如科学处理无机污染物、合理优化农药废水、完善染料废水的处理及适时分离污染物内的重金属等，从而有效增强废水处理效果。

关键词：TiO2光催化反应；废水处理；染料废水引言：随着TiO2光催化反应可精准分解水内的氧与氢后，该类光催化剂就引发了人们的关注，TiO2在具体应用中带有二次污染少、成本低与催化活性高等优势，其会在水中适时分解污染物，相关人员可将该项技术应用在污染物的分解中，有效缩减污染物的污染范围，保障分解效果。

1TiO2光催化反应的试验机理一般来讲，在实际应用TiO2光催化反应期间，TiO2内部的晶型包含板钛矿、金红石矿与锐钛矿等，根据其内部活性指数推论，锐钛矿的活性指数最高，而依照其具体的反应可推论出当TiO2内的颗粒缩小时，其内部的氧化活性则会逐步提升。

在TiO2遭受能量较高的光照射时，其内部的电子会适时吸收光能，再将其带入到导带内，增强该类电子的活力，也会在该类价带中留有正电荷空穴，电子活力与正电荷空穴分别用e-与h+表示，其生成的电子与空穴将在特定入射光的作用中产生迁移，在部分向内合并以后即消失，部分向外迁移后到达催化剂表面可参与具体的反应。

基于高能电子带有极强的还原能力，在与氧气融合以后会根据其形成的化学反应而生成自由基，正电荷空穴也带有一定的氧化能力，在进行化学反应时会依附在TiO2表面，根据氢氧形成的化学反应也会生成自由基，其化学反应的具体公式为：TiO2+hv--h++e-、h++H2O--H++HO、OH-+h+--OH、e-+O2--O2-、O2-+H+--HO2-、2HO2--O2+H2O2、H2O2+O2--HO+OH-+O2，在掌握该公式内部的具体反应后，技术人员应适时了解该自由基的内部特性，即强氧化性，其内部的氧化能力会超出当前社会中较常见的氧化剂，利用TiO2光催化反应可高效完成多种污染物的降解工作[1]。

第28卷第4期增刊　2007年4月仪　器　仪　表　学　报Chinese Jour nal of Scientif ic InstrumentVol.28No.4Apr.2007　纳米TiO2光催化技术在水污染控制中的应用相会强,李红兵,马艳芳(石家庄铁路职业技术学院　石家庄　050041)摘　要:介绍了纳米TiO2的光催化特性,概述了纳米技术在饮用水处理、印染废水、农药废水、含油废水处理等水污染控制中的应用进展情况,指出了存在的问题,并对其今后的发展方向进行了展望。

关键词:纳米TiO2;水污染控制;应用Applic atio n o f nanometer TiO2photoc ataly tic technology o n w ater po llutio n controlXiang H ui qiang,Li Hongbing,Ma Y anfang(Shij iaz hua ng I nstit ute of Rai lw ay Technology,S hi jia zhua ng050041,Chi na)Abstract:Pho tocatal ytic characteri stics of nano meter TiO2are int roduced.Application of nanosized Ti O2o n treat ment of drinking water,printing an d dying wast ew ater,p esticide wastewater and oil wastewat er were briefly i ntro duced, and existin g p ro blems were al so pointed out.An d it s development t rend in t he fut ure is prospected.Key words:nanosized TiO2;water pollution co nt rol;app licatio n1　引 言自1976年J.H.cary等人报道了在紫外光照射下,纳米TiO2可以使难降解的多氯联苯脱氯以来,迄今已发现废水中有3000多种难降解的有机污染物可以通过纳米TiO2的光催化作用使其降解为CO2、H2O和无毒的氧化物。