黄晶高级氧化技术.ppt

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1、水处理中高级氧化技术中的应用水处理中高级氧化技术中的应用 光催化氧化光催化氧化光催化氧化光催化氧化 FentonFenton试剂试剂试剂试剂紫外线具有很高的能量，直接辐射可以引发水中污染紫外线具有很高的能量，直接辐射可以引发水中污染紫外线具有很高的能量，直接辐射可以引发水中污染紫外线具有很高的能量，直接辐射可以引发水中污染物质化学键的断裂而引起很多化学反应，该过程称为物质化学键的断裂而引起很多化学反应，该过程称为物质化学键的断裂而引起很多化学反应，该过程称为物质化学键的断裂而引起很多化学反应，该过程称为光氧光氧光氧光氧化化化化。为提高产率和能量利用效率，利用催化剂来加快反应，为提高产率和能量利

2、用效率，利用催化剂来加快反应，为提高产率和能量利用效率，利用催化剂来加快反应，为提高产率和能量利用效率，利用催化剂来加快反应，为为为为光催化氧化光催化氧化光催化氧化光催化氧化。其中最重要的催化剂是半导体催化剂。其中最重要的催化剂是半导体催化剂。其中最重要的催化剂是半导体催化剂。其中最重要的催化剂是半导体催化剂。光催化氧化光催化氧化当光子能量高于半导体吸收阈值的光照射半导体时，当光子能量高于半导体吸收阈值的光照射半导体时，当光子能量高于半导体吸收阈值的光照射半导体时，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到导带，从而产生光生电半导体的价带电子发生带间跃迁到导带

3、，从而产生光生电半导体的价带电子发生带间跃迁到导带，从而产生光生电半导体的价带电子发生带间跃迁到导带，从而产生光生电子和空穴。这种空穴本身就是一种能产生子和空穴。这种空穴本身就是一种能产生子和空穴。这种空穴本身就是一种能产生子和空穴。这种空穴本身就是一种能产生OHOH的强氧化剂，的强氧化剂，的强氧化剂，的强氧化剂，可直接氧化（可直接氧化（可直接氧化（可直接氧化（次要次要次要次要）。电子，空穴扩散到催化剂表面，与）。电子，空穴扩散到催化剂表面，与）。电子，空穴扩散到催化剂表面，与）。电子，空穴扩散到催化剂表面，与被吸附在催化剂表面的电子受体、供体或存在于双电层的被吸附在催化剂表面的电子受体、供体

4、或存在于双电层的被吸附在催化剂表面的电子受体、供体或存在于双电层的被吸附在催化剂表面的电子受体、供体或存在于双电层的带电粒子反应（带电粒子反应（带电粒子反应（带电粒子反应（主要主要主要主要）。）。）。）。常用的宽带隙半导体的吸收波长阈值大都在紫外常用的宽带隙半导体的吸收波长阈值大都在紫外常用的宽带隙半导体的吸收波长阈值大都在紫外常用的宽带隙半导体的吸收波长阈值大都在紫外区域。区域。区域。区域。TiO2TiO2稳定、无毒，因此它在高级氧化工艺中应稳定、无毒，因此它在高级氧化工艺中应稳定、无毒，因此它在高级氧化工艺中应稳定、无毒，因此它在高级氧化工艺中应用最广泛。用最广泛。用最广泛。用最广泛。Ti

5、O2+TiO2+hvhv TiO2TiO2（e e-/h/h+）TiO2(OHTiO2(OH-)+H2O2+)+H2O2+hvhvTiO2(OH)TiO2(OH)adsorbedadsorbed +OH +OH-+OH +OH 与传统方法相比，光催化氧化技术具有以下主要特点：与传统方法相比，光催化氧化技术具有以下主要特点：与传统方法相比，光催化氧化技术具有以下主要特点：与传统方法相比，光催化氧化技术具有以下主要特点：运行条件温和、运行操作简单。运行条件温和、运行操作简单。运行条件温和、运行操作简单。运行条件温和、运行操作简单。可将绝大多数有机物氧化甚至彻底氧化，从而减少二次污可将绝大多数有机物

6、氧化甚至彻底氧化，从而减少二次污可将绝大多数有机物氧化甚至彻底氧化，从而减少二次污可将绝大多数有机物氧化甚至彻底氧化，从而减少二次污染。染。染。染。一些半导体催化剂如一些半导体催化剂如一些半导体催化剂如一些半导体催化剂如TiOTiO2 2，化学性质稳定，无毒，原料易，化学性质稳定，无毒，原料易，化学性质稳定，无毒，原料易，化学性质稳定，无毒，原料易于得到。于得到。于得到。于得到。半导体光催化的主要缺陷：半导体光催化的主要缺陷：半导体光催化的主要缺陷：半导体光催化的主要缺陷：.电子、空穴一些参加反应，一些重新结合，要得电子、空穴一些参加反应，一些重新结合，要得电子、空穴一些参加反应，一些重新结合

7、，要得电子、空穴一些参加反应，一些重新结合，要得到较高的光催化效率，必需采取措施抑制电子到较高的光催化效率，必需采取措施抑制电子到较高的光催化效率，必需采取措施抑制电子到较高的光催化效率，必需采取措施抑制电子-孔穴对孔穴对孔穴对孔穴对的复合。的复合。的复合。的复合。.半导体的光吸收波长范围狭窄，主要在紫外区，半导体的光吸收波长范围狭窄，主要在紫外区，半导体的光吸收波长范围狭窄，主要在紫外区，半导体的光吸收波长范围狭窄，主要在紫外区，利用太阳光的比例低。利用太阳光的比例低。利用太阳光的比例低。利用太阳光的比例低。光催化反应速率影响因素：光催化反应速率影响因素：光催化反应速率影响因素：光催化反应速

8、率影响因素：.催化剂，包括催化剂类型，催化剂投加量，催化剂的制催化剂，包括催化剂类型，催化剂投加量，催化剂的制催化剂，包括催化剂类型，催化剂投加量，催化剂的制催化剂，包括催化剂类型，催化剂投加量，催化剂的制备方法，尺寸等。常用的备方法，尺寸等。常用的备方法，尺寸等。常用的备方法，尺寸等。常用的TiO2TiO2、ZnOZnO、CdSCdS、Fe2O3Fe2O3、SnO2SnO2等。等。等。等。.原水水质，原水水质，原水水质，原水水质，PHPH值、溶解氧浓度、温度、金属离子、有值、溶解氧浓度、温度、金属离子、有值、溶解氧浓度、温度、金属离子、有值、溶解氧浓度、温度、金属离子、有机物浓度等。机物浓度

9、等。机物浓度等。机物浓度等。.光源，实验中常用的主要有太阳光和各种人造光源（如光源，实验中常用的主要有太阳光和各种人造光源（如光源，实验中常用的主要有太阳光和各种人造光源（如光源，实验中常用的主要有太阳光和各种人造光源（如紫外灯、黑光灯、汞灯和氛灯）。紫外灯、黑光灯、汞灯和氛灯）。紫外灯、黑光灯、汞灯和氛灯）。紫外灯、黑光灯、汞灯和氛灯）。半导体光催化剂固定技术半导体光催化剂固定技术半导体光催化剂固定技术半导体光催化剂固定技术化学气相沉积法化学气相沉积法化学气相沉积法化学气相沉积法以溶胶以溶胶以溶胶以溶胶-凝胶法为基础的涂层方法凝胶法为基础的涂层方法凝胶法为基础的涂层方法凝胶法为基础的涂层方法

10、阴极电沉积法阴极电沉积法阴极电沉积法阴极电沉积法溶液浸渍法溶液浸渍法溶液浸渍法溶液浸渍法由活性二氧化钛粉末制膜由活性二氧化钛粉末制膜由活性二氧化钛粉末制膜由活性二氧化钛粉末制膜二氧化钛膜制备方法二氧化钛膜制备方法二氧化钛膜制备方法二氧化钛膜制备方法 光催化氧化技术的应用光催化氧化技术的应用光催化氧化技术的应用光催化氧化技术的应用 用纳米用纳米用纳米用纳米 TiO2TiO2等半导体光催化降解水中的等半导体光催化降解水中的等半导体光催化降解水中的等半导体光催化降解水中的 污染物的污染物的污染物的污染物的研究已成为环境科学领域的一个热点，被认为是最有前研究已成为环境科学领域的一个热点，被认为是最有前

11、研究已成为环境科学领域的一个热点，被认为是最有前研究已成为环境科学领域的一个热点，被认为是最有前途和最有效的处理方法之一。途和最有效的处理方法之一。途和最有效的处理方法之一。途和最有效的处理方法之一。毛纺织废水脱色毛纺织废水脱色毛纺织废水脱色毛纺织废水脱色农药的降解农药的降解农药的降解农药的降解造纸厂废水造纸厂废水造纸厂废水造纸厂废水真正得到工业应用的是空气净化和废气处理真正得到工业应用的是空气净化和废气处理真正得到工业应用的是空气净化和废气处理真正得到工业应用的是空气净化和废气处理发展方向：发展方向：发展方向：发展方向：.研究实际水源的光催化降解特性。研究实际水源的光催化降解特性。研究实际水

12、源的光催化降解特性。研究实际水源的光催化降解特性。.扩展半导体催化剂的吸收光谱范围。扩展半导体催化剂的吸收光谱范围。扩展半导体催化剂的吸收光谱范围。扩展半导体催化剂的吸收光谱范围。.直接利用太阳光作为反应催化光源或在催化剂表面引进在直接利用太阳光作为反应催化光源或在催化剂表面引进在直接利用太阳光作为反应催化光源或在催化剂表面引进在直接利用太阳光作为反应催化光源或在催化剂表面引进在其他光区有很大西后的基团。其他光区有很大西后的基团。其他光区有很大西后的基团。其他光区有很大西后的基团。.反应器的开发。反应器的开发。反应器的开发。反应器的开发。光催化氧化技术大规模应用的关键是催化光催化氧化技术大规模

13、应用的关键是催化光催化氧化技术大规模应用的关键是催化光催化氧化技术大规模应用的关键是催化剂的固定及与之相匹配的反应器设计。剂的固定及与之相匹配的反应器设计。剂的固定及与之相匹配的反应器设计。剂的固定及与之相匹配的反应器设计。FentonFenton试剂试剂试剂试剂（Fe2+,H2O2Fe2+,H2O2）就是在氧化过程中利用铁）就是在氧化过程中利用铁）就是在氧化过程中利用铁）就是在氧化过程中利用铁盐来激活盐来激活盐来激活盐来激活H2O2H2O2，促进分解从而引起羟基自由基的产生。，促进分解从而引起羟基自由基的产生。，促进分解从而引起羟基自由基的产生。，促进分解从而引起羟基自由基的产生。H2O2+

14、H2O2+臭氧，臭氧，臭氧，臭氧，H2O2+H2O2+紫外光等方法被称为紫外光等方法被称为紫外光等方法被称为紫外光等方法被称为类类类类FentonFenton技术技术技术技术，其基本原理与使用方法均与，其基本原理与使用方法均与，其基本原理与使用方法均与，其基本原理与使用方法均与FentonFenton技术相技术相技术相技术相似。他们的共同原理是促进羟基自由基的产生。似。他们的共同原理是促进羟基自由基的产生。似。他们的共同原理是促进羟基自由基的产生。似。他们的共同原理是促进羟基自由基的产生。Fenton试剂试剂臭氧和臭氧和臭氧和臭氧和H2O2H2O2的反应为：的反应为：的反应为：的反应为：OO3

15、 3+H2O2 OH H2O2 OH +O2+HO2 +O2+HO2 紫外光和紫外光和紫外光和紫外光和H2O2H2O2的反应为：的反应为：的反应为：的反应为：H2O2(+UVH2O2(+UV)2 2 OH OH 铁盐和铁盐和铁盐和铁盐和H2O2H2O2的反应为：的反应为：的反应为：的反应为：FeFe2+2+H2O2 Fe+H2O2 Fe3+3+OH +OH +OH+OH-FentonFenton系统影响因素系统影响因素系统影响因素系统影响因素pHpH值值值值 ：关键参数，最优范围为关键参数，最优范围为关键参数，最优范围为关键参数，最优范围为2.53.02.53.0FeFe2+2+和和和和H2O

16、2H2O2的浓度的浓度的浓度的浓度 ：H2O2 H2O2 与与与与FeFe2+2+之比为之比为之比为之比为2.03.02.03.0时时时时较为理想较为理想较为理想较为理想温度温度温度温度 ：升温可提高污染物降解率：升温可提高污染物降解率：升温可提高污染物降解率：升温可提高污染物降解率有机物质和有机物质和有机物质和有机物质和FentonFenton的比值的比值的比值的比值FentonFenton试剂的应用试剂的应用试剂的应用试剂的应用FentonFenton试剂对多种环境污染物质均有很高的去除效率。试剂对多种环境污染物质均有很高的去除效率。试剂对多种环境污染物质均有很高的去除效率。试剂对多种环境

17、污染物质均有很高的去除效率。包括苯、硝基苯、酚、甲酚、氯酚、苯甲酸等。包括苯、硝基苯、酚、甲酚、氯酚、苯甲酸等。包括苯、硝基苯、酚、甲酚、氯酚、苯甲酸等。包括苯、硝基苯、酚、甲酚、氯酚、苯甲酸等。燃料废水脱色燃料废水脱色燃料废水脱色燃料废水脱色垃圾渗滤液有机物去除垃圾渗滤液有机物去除垃圾渗滤液有机物去除垃圾渗滤液有机物去除氧化污泥提高其絮凝性和脱水能力氧化污泥提高其絮凝性和脱水能力氧化污泥提高其絮凝性和脱水能力氧化污泥提高其絮凝性和脱水能力UVUV光照可以通过直接光解光照可以通过直接光解光照可以通过直接光解光照可以通过直接光解H2O2H2O2或者类似与或者类似与或者类似与或者类似与光光光光-F

18、enton-Fenton反应的光激发过程来引发反应的光激发过程来引发反应的光激发过程来引发反应的光激发过程来引发OHOH的产生。的产生。的产生。的产生。反应机理：反应机理：反应机理：反应机理：.许多有机污染物吸收紫外光以后发生分子许多有机污染物吸收紫外光以后发生分子许多有机污染物吸收紫外光以后发生分子许多有机污染物吸收紫外光以后发生分子结构上的转变，和氧化剂的反应活性更强。结构上的转变，和氧化剂的反应活性更强。结构上的转变，和氧化剂的反应活性更强。结构上的转变，和氧化剂的反应活性更强。.紫外光照催化紫外光照催化紫外光照催化紫外光照催化H2O2H2O2分解成分解成分解成分解成OHOH自由基。自由

19、基。自由基。自由基。UV/H2O2 UV/H2O2 UV/H2O2系统中的氧化过程依赖于一些反应条系统中的氧化过程依赖于一些反应条系统中的氧化过程依赖于一些反应条系统中的氧化过程依赖于一些反应条件，这些条件能影响件，这些条件能影响件，这些条件能影响件，这些条件能影响CODCOD去除的处理性能。去除的处理性能。去除的处理性能。去除的处理性能。有机污染物的种类和浓度有机污染物的种类和浓度有机污染物的种类和浓度有机污染物的种类和浓度有机物质的总量有机物质的总量有机物质的总量有机物质的总量H2O2H2O2的剂量的剂量的剂量的剂量pHpH值（值（值（值（3434较为理想）较为理想）较为理想）较为理想）U

20、V/H2O2UV/H2O2工艺对工艺对工艺对工艺对CODCOD的去除性能较好，但也存在一的去除性能较好，但也存在一的去除性能较好，但也存在一的去除性能较好，但也存在一些缺点：些缺点：些缺点：些缺点：.H2O2.H2O2在在在在200300nm200300nm处对紫外光的摩尔吸收值处对紫外光的摩尔吸收值处对紫外光的摩尔吸收值处对紫外光的摩尔吸收值很低，因此要求有高剂量的很低，因此要求有高剂量的很低，因此要求有高剂量的很低，因此要求有高剂量的OHOH，也要求有高强度、宽，也要求有高强度、宽，也要求有高强度、宽，也要求有高强度、宽波长范围的较长时间的紫外光照射，从而能耗较高。波长范围的较长时间的紫外

21、光照射，从而能耗较高。波长范围的较长时间的紫外光照射，从而能耗较高。波长范围的较长时间的紫外光照射，从而能耗较高。.在碱性条件下（在碱性条件下（在碱性条件下（在碱性条件下（PHPH值为值为值为值为8989）很容易受到碳酸盐）很容易受到碳酸盐）很容易受到碳酸盐）很容易受到碳酸盐抑制作用的影响。抑制作用的影响。抑制作用的影响。抑制作用的影响。在在在在FentonFenton工艺中引入紫外光照会的提高工艺中引入紫外光照会的提高工艺中引入紫外光照会的提高工艺中引入紫外光照会的提高OHOH产生率。产生率。产生率。产生率。在影响氧化降解的因素中，操作的在影响氧化降解的因素中，操作的在影响氧化降解的因素中，

22、操作的在影响氧化降解的因素中，操作的PHPH值是最关键的，大多值是最关键的，大多值是最关键的，大多值是最关键的，大多使用范围为使用范围为使用范围为使用范围为2424的酸性条件。此外，光照的强度以及试剂的酸性条件。此外，光照的强度以及试剂的酸性条件。此外，光照的强度以及试剂的酸性条件。此外，光照的强度以及试剂的剂量也起了重要的作用。的剂量也起了重要的作用。的剂量也起了重要的作用。的剂量也起了重要的作用。光光光光-Fenton-Fenton在费用在费用在费用在费用-效益方面有一些优势，但处理性能效益方面有一些优势，但处理性能效益方面有一些优势，但处理性能效益方面有一些优势，但处理性能没有没有没有没

23、有UV/H2O2UV/H2O2好，其次，与好，其次，与好，其次，与好，其次，与FentonFenton试剂相似，需进一试剂相似，需进一试剂相似，需进一试剂相似，需进一步处理由氢氧化铁沉淀产生的污泥。步处理由氢氧化铁沉淀产生的污泥。步处理由氢氧化铁沉淀产生的污泥。步处理由氢氧化铁沉淀产生的污泥。H2O2/UV/Fe2+在使用上述工艺时，需考虑如下几点：在使用上述工艺时，需考虑如下几点：在使用上述工艺时，需考虑如下几点：在使用上述工艺时，需考虑如下几点：.PH.PH值的影响值的影响值的影响值的影响光氧化工艺过程中生成酸性物质会导致反应环境的光氧化工艺过程中生成酸性物质会导致反应环境的光氧化工艺过程

24、中生成酸性物质会导致反应环境的光氧化工艺过程中生成酸性物质会导致反应环境的PHPH值的下降，因此最合适值的下降，因此最合适值的下降，因此最合适值的下降，因此最合适PHPH值范围一般为值范围一般为值范围一般为值范围一般为3.05.03.05.0。.由于抑制剂存在产生的影响由于抑制剂存在产生的影响由于抑制剂存在产生的影响由于抑制剂存在产生的影响处理水中存在的碳酸盐可以作为自由基的抑制剂，导处理水中存在的碳酸盐可以作为自由基的抑制剂，导处理水中存在的碳酸盐可以作为自由基的抑制剂，导处理水中存在的碳酸盐可以作为自由基的抑制剂，导致效率降低。致效率降低。致效率降低。致效率降低。.光的损失光的损失光的损失光的损失有机底物会吸收光，悬浮物质会造成光的散射，产生有机底物会吸收光，悬浮物质会造成光的散射，产生有机底物会吸收光，悬浮物质会造成光的散射，产生有机底物会吸收光，悬浮物质会造成光的散射，产生光的浪费。光的浪费。光的浪费。光的浪费。谢谢 谢谢