光催化氧化去除水源水低浓度有机物的应用研究进展

一部分研究者对水中抗生素的降解进行了研究。朱鹏飞等[39]以Fe-Ni共掺杂的ZnO/凹凸棒为光催化剂降解水中的抗生素,结果表明,当在30mg/L的诺氟沙星中投入2.5g/L的催化剂,当溶液pH为6时,在可见光下反应90min后,其降解率可达90.63%。发现对光催化剂进行掺杂改性可以提高光催化效率,且研究发现该催化剂还具有良好的再生性能。

潘加坡等[40]以Fe3O4为磁基体制备了易于固液分离的磁性Bi4VO8Cl复合可见光催化剂,对4种喹诺酮类抗生素的降解进行了研究,结果表明,甲磺酸培氟沙星溶液浓度为10mg/L,pH为5.7,催化剂用量为1.5g/L时,甲磺酸培氟沙星的降解效率最高,在可见光下10h降解率达94%,其他3种抗生素降解率分别为:甲磺酸左氧氟沙星99%,盐酸环丙沙星95%,盐酸左氧氟沙星96%。

可见半导体复合改性能够使得光催化活性提高。刘利伟等[41]研究TiO2光催化降解水中3种喹诺酮类抗生素,研究结果表明,当优化参数为TiO2用量1.0g/L、抗生素初始浓度10mg/L,pH为7时,反应80min,3种喹诺酮类抗生素的降解率均在95%以上。经过研究发现,光催化氧化能够高效水源水中残留的低浓度抗生素类有机污染物。

2.2.3苯系物

苯系物是苯及衍生物的总称,对人体的血液、神经、生殖系统具有较强危害。在《生活饮用水卫生标准》(GB5749—2006)中,苯、甲苯、乙苯、二甲苯和苯乙烯被列为了新的毒理指标,并做出严格的限值规定。苯具有致癌、致畸、致突变的危害,其他几种苯系物也对人体均有不同程度的毒性。

一部分研究者对光催化氧化应用于苯系物的去除进行了研究。杨忠平等[42]以单晶纳米线TiO2为催化剂对油田采出水中苯系物的降解效果进行了研究,结果表明,在500mL水样中加入0.7g纳米线TiO2,反应温度为25℃的条件下,反应360min后,苯、甲苯、对二甲苯、间二甲苯、邻二甲苯的去除率分别达到94.5%、96.6%、95.8%、98.1%、98.0%,且存在去除率随反应时间增加而增高的规律,并最终降解为CO2和H2O。

杜远山[43]将TiO2/多晶硅光催化剂分别置于其自制的全混式反应器和三相流化床反应器中,加入苯系物模拟废水进行比较实验,结果表明,反应进行120min,苯系物的去除率都可达到90%以上。因此,光催化氧化技术对苯系物能有效去除,且最终生成CO2和H2O,不会产生二次污染,适合当今环境污染条件下采用。

2.2.4酚类

酚能与细胞原浆中的蛋白质发生化学反应,低浓度时会使细胞变性,虽不如高浓度时使蛋白质凝固产生的局部损害大,但其渗透力强,后果更严重。人如果长期饮用被酚污染的水能引起慢性中毒,饮水中的苯酚会引起消化道症状,浓度高可致癌。

人们对酚类的光催化氧化技术去除做了不少研究。苏荣军等[44]以沉淀法制备的Zn0.9Fe0.1S硫化物为光催化剂降解双酚A,结果表明,当pH为5、过氧化氢的加入量为0.2mmol/L、双酚A初始浓度为10mg/L、催化剂的加入量为0.08g时,对双酚A的去除率最高达90%以上。

邵蒙蒙等[45]以含Sn水滑石材料为光催化剂降解氯苯酚,研究表明,在光照射10h后,含Sn的锌锡水滑石对氯苯酚的降解率最高,达到了92.4%。魏冰等[46]采用溶胶-凝胶法对SDR转盘表面进行催化剂的负载,并对负载后的SDR进行光催化降解含酚废水的研究,结果表明,当转速50r/min、流量60L/h、pH为6、H2O2投加量6mL/L时,30min后苯酚降解率达到100%。可知光催化氧化对去除水中的酚类有很好的效果,甚至可以全部去除。

3结论与展望

众多研究结果表明,光催化氧化技术对低浓度有机污染物的去除效果较好,已成为水源水中该类有机物去除较有前途的方法,但光催化氧化在水源水中低浓度有机污染物净化中的应用仍需进一步对以下方面开展研究。

(1)TiO2光催化剂以粉末的形式利用,不利于催化剂的回收,需要进一步选择合适的载体,让催化剂以合适的晶型附着于载体上,从而形成负载型的TiO2光催化氧化载体。

(2)目前的光催化氧化对于光的利用范围多为紫外光,对于可见光的利用效率较低,而众多研究表明,对光催化剂进行合适的改性研究是提高它的光利用效率的重要方向。

(3)目前的研究来看,对于有机物的降解多为对某一类物质单独进行的研究,如醛类、苯环类、烷烃类等,尚未对多物质混合的光催化降解进行研究,需进一步研究多物质混合时,光催化对不同种类有机物是如何选择性降解的、各种不同结构有机物共存时其光催化降解的相互干扰和机理。

(4)水中阴阳无机离子对光催化剂活性和有机物降解的影响需进一步研究,如水中常见的八大阴阳离子:Ca2+、Mg2+、Na+、K+、CO2-3、HCO-3、SO2-4和Cl-。

(5)水源水中不仅含难生化降解性的低浓度有机污染物,如腐殖酸,同时还含有大量藻类,光催化氧化技术对藻类和有机物共存时,对其综合的去除效果还需要进一步研究。

来源：化工进展；作者：杨凌肖,王琼,刘治君,李乃稳,

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