复合光催化氧化剂反应原理及在橡胶助剂.doc

复合光催化氧化剂反应原理及在橡胶助剂废水处理中的作用橡胶助剂行业排放的废水对环境污染相当严重,治理很困难,治理费用相当高。因为环保问题,西方发达国家已不生产这类产品,将其转移到中国和印度等发展中国家。近几年,随着经济的发展,我国对环境保护逐渐重视起来,对企业污水治理的要求越来越高,部分污染企业面临着被关停。我公司从 1990 年开始接触橡胶助剂废水处理,经过多年的研究,开发出了针对该废水处理的复合光催化氧化剂。实践证明,光催化剂对助剂废水有很好的处理效果,对废水 COD 及色度的去除起着不可替代的作用。 1 光催化氧化剂对废水处理的作用橡胶助剂废水中含有大量不可生化的有机物 M和对生化出水色度影响很大的 M的衍生物,该废水处理的关键是对 M及其衍生物的处理。 M是难降解的有机物,当M(2―巯基苯吡噻唑)的浓度为 7―280 mg/ L时,其降解速率极慢,并抑制废水的硝化过程的进行,如果废水中的 M浓度在100 mg/L以上,处理过程中就会积累起二硫化合物,导致生化无法进行。 M的衍生物 2―羟基苯吡噻唑可以进行好氧降解,处理后,在无细胞萃取液中可检出邻苯二酚―2,3二氧化酶,并在处理液中发现一种棕色产物,可能是一种终极代谢产物,这种产物对出水色度影响相当大。经光催化氧化处理的废水的生化性大大提高,B/C 由小于 提高到 以上,保证了后续生化的顺利进行。 2 光催化氧化反应机理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。反应机理如下: 半导体光激发带间跃迁和量子效率下图是半导体的能带结构示意图。由图可见,半导体能带结构与金属不同的是价带(VB) 和导带(CB) 之间存在一个禁带。用作光催化剂的半导体一般具有较大的禁带宽度,有时称为宽带隙半导体。当光子能量高于半导体吸收阈值的光照射半导体时,半导体的价带电子发生带间跃迁,即从价带跃迁到导带,从而产生光生电子和空穴。半导体的光吸收阈值与带隙具有下式所示的关系,从公式可知,常用的宽带隙半导体的吸收波长阈值大都在紫外区域。如下图所示,电子和空穴(载流子)被光激发产生后,经历多个变化途径,存在复合和输运/俘获二个相互竞争的过程。催化过程中,光激发载流子的俘获并与电子给体/ 受体发生作用,系统中,量子效率φ(每吸收一个光子体系发生的变化数,实际常用某一产物的产率衡量)与载流子输运/俘获速率 KCT 、复合速率 KR有如下式所示的关系: 3 处理效果(1 )对 M 及其衍生物的去除率> 99% ; (2 )对橡胶助剂行业综合废水中有机物去除率> 80% ; (3 )对橡胶助剂行业废水 COD 去除率> 90% ; (4 )综合废水可生化性 B/C > ,生