紫外光降解苯酚废水实验-07.doc

1 专业综合性实验实验名称紫外光降解苯酚废水实验一、实验目的 ; ,熟悉光催化处理废水的工艺流程; ,并探讨不同实验条件下光催化降解的效果。二、实验原理光催化氧化法氧化能力强,要求的反应条件温和,是目前处理含低浓度难降解有机物废水的一种高级氧化法。光催化氧化法,是以 N 型半导体的能带理论为基础。当能量大于带阵能量 Eg ( TiO 2的 Eg 为 ) 的光照射半导体催化剂时,价带( Valency band )上电子被激发, 跃过禁带进入导带(Conduction band) ,形成高活性电子(e -),并在价带上产生带正电荷的空穴( h +),从而引发反应。以 TiO 2为例说明: TiO 2+hν=h ++e - 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,水分子经一系列变化后产生氧化能力极强的羟氧自由基( · OH ) ,可以氧化各种有机物,并使之矿化为 CO 2。 TiO 2 是常用的光催化剂,主要有锐钛型和金红石型两种晶型。二氧化钛的化学性质和光化学性质十分稳定,无毒价廉,货源充足。 TiO 2是一种半导体氧化物,它有充满电子的价带和缺电子的导带,在光照下价电子上留下的空穴有氧化性,导带上的电子具有还原性,降解物在 TiO 2 表面发生氧化还原后,价带又得到电子,光再次照射时,价带上电子又同样发生跃迁,故将使用过的 TiO 2 通过过滤收集起来,在阴暗处自然晾干,重复使用,不影响其催化活性。影响二氧化钛光催化氧化过程的因素有很多,主要有:光催化剂的性质和结构、光催化剂的投加量、废水的 pH 值和浓度等。研究表明, TiO 2 为催化剂的光催化氧化反应速率 r o可用 2 Langmuir-Hinshelwood 描述: KC kKC r??1 (1)kC kK r o1111??( 2) 式中: C-反应物浓度, mmol/L; K-表观吸附平衡常数, L/mmol ; k-表面反应速率常数, mol/h 。取不同浓度的废水进行光催化降解实验,由此得到不同的初始反应速率 r o, 并绘制出 or 1 ~C 1 关系图,图中直线的斜率为 kK 1 值,截距为 k 1 值。就可以得到 K 值和 k值。三、实验仪器、设备与药品 KL-1 型紫外光催化实验装置(武汉科林环保技术有限公司)、分光光度计模拟有机废水(苯酚废水)、苯酚浓度用 COD 表征。四、实验步骤(1)将浓度为 100mg/L 的有机废水放入水箱至一定体积,废水量必须大于照射反应器的有效容积; (2) 容器废水中定量加入光催化剂( TiO 2),投加量为 ,并搅拌均匀, 使催化剂悬浮在容器中; (3) 打开循环泵开关,让循环水进入照射反应器并从上端排入原水容器中形成水循环,调整流量计至适度流量,运行 3~ 5min ,使其中的催化剂均匀地分布于水中; (4)打开紫外灯开关,并打开定时器开始计时; (5)每隔 20min 测量一次容器中苯酚的浓度,测量时将水中的催化剂过滤; 实验