催化剂对刚果红催化剂降解性能的研究毕业论文

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半导体多相光催化氧化法是用半导体材料为催化剂，半导体材料之所以具有光催化氧化能力，是由于它的能级结构所决定的，半导体的晶粒内含有能带结构，其中能带结构由由一个充满电子的低能价带( valent band, VB) 和一个空的高能导带( conduction band, CB) 构成, 价带和导带之间由禁带分开, 该域的大小称为禁带宽度, 其能差为带隙能, 半导体的带隙能一般为0.2-0.3eV.当能量等于或大于带隙能的光照射到半导体表面，价带中的电子被激发，价带中的电子越过禁带进入到导带中。同时价带中产生一个空穴，即生成电子-空穴对。

光生空穴具有极强的氧化能力，同时吸附在半导体表面的OH- 和H2O被空穴氧化，生成具有氧化性的·OH.该羟基具有极强氧化性，能够氧化有机物生成CO2和H2O,而导带中的电子具有还原性，可与水中的O2反应生成?O2?,进而与H?结合生成HO2?,最终生成具有氧化性的羟基，氧化有机物生成无毒物质。

半导体多相光催化氧化法光催化氧化技术是一种高效、低能耗、洁净、无二次污染的技术。我们需要从以上几个方面入手, 以经济合理与切实可行为原则逐步向生产和生活实际靠近, 为半导体多相光催化在生产和生活中的实际应用奠定可靠的基础。

1.2.2 新型材料及活性炭吸附法

活性炭吸附法是应用比较早的方法，吸附是一种物质附着在另一种物质表面上的缓慢作用过程。吸附是一种界面现象活性炭吸附法，其与表面张力、表面能的变化有关。引起吸附的推动能力有两种，一种是溶剂水对疏水物质的排斥力，另一种是固体对溶质的亲和吸引力。废水处理中的吸附，多数是这两种力综合作用的结果。该法对去除水中溶解性有机物非常有效， 但它再生比较困难，处理成本较高，因此应用面窄，一般可用于浓度较低的染料废水处理或深度处理，工艺上具有投资小,方法简便易行、处理效果显著的优点,适合中小型印染厂废水处理。近年来，很多科学家通过对活性炭吸附过程的进一步深入了解，在吸附机理和活性炭预处理技术方面都取得了很大的进展。

1.活性炭吸附法

活性炭吸附法是目前最有效方法之一，对于印染工业，活性炭能有效去除废水中的活性染料、酸性染料、碱性染料、偶氮染料。活性炭在吸附水溶性染料时吸附率高，但不能吸附悬浮固体和不溶性染料，由于活性炭是一种多孔性物质，且具有较大的表面积，因此G.M.Walker等研究了三种酸性染料在活性炭上的吸附行为! 发现只有14%的比表

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面积发挥了吸附作用，一方面原因是由于存在多分子层的吸附， 另一方面原因是活性炭中很多微孔孔径太小，不能吸附染料大分子，同时TaimaiHisashi 等也证实了中孔较多的活性炭易吸附染料分子，主要原因是中孔不仅对吸附有贡献，同时也为吸附质的扩散提供了宽敞的通道( 这就启发我们可以在活化方法上争取扩大微，使之可以容纳大分子，为活性炭在染料废水中有更广泛的应用，使活性炭具有更大的发展前景。

同时活性炭的再生比较困难，成本较高是限制活性炭吸附法使用的一大原因，因此高活性炭再生技术，循环利用活性炭降低成本是今后研究的重点。同时，鉴于活性炭处理的特殊性质，将其和其他化学试剂及与其它方法耦合，处理染料废水效果更好。因此，现在很多有关活性炭吸附法处理染料废水的报导不断推陈出新，有着良好的发展前景。

2.树脂吸附法

吸附树脂具有活性炭那样的吸附能力, 又比活性炭、离子交换树脂易再生, 且物理化学稳定性好，20世纪后期， 随着结构改良的离子交换树脂)吸附树脂和复合功能树脂的成功研制! 树脂吸附法被广泛应用于化工废水的治理与资源，但是，人们对在染料废水的研究和应用相对的要少，有人曾针对树脂吸附法具有物理化学稳定好特点制备了不同物理化学特性的树脂来处理该类废水，并取得了较好的处理效果。相对于活性炭来说!树脂吸附染料的机理研究尚不完善，但是在应用方面已经有一些阐述，在吸附热力学和动力学方面也有相应研究。

研究表明，微孔吸附树脂由于其极低的吸附容量不能满足处理染料废水的要求,没用功能基修饰的大孔吸附树脂虽然有合适的吸附容量,但是由于其对染料大分子的亲和力不够, 只能对一些相对分子质量较小(Mr<1000)的染料分子吸附效果较好.

由于新型吸附树脂的不断涌现和吸附技术的迅速发展, 树脂吸附法已成为处理有机废水的有效方法之一。但是, 因有机废水的种类多、毒性大、成分复杂、色度高、酸碱性强, 因此, 并不是所有的有机废水都可应用树脂吸附法处理, 或只用树脂吸附法处理就能标排放,而往往还需要与其池处理法组合, 进行分级处理, 才能取得令人满意的效果。因此, 在处理这些有机废水前, 需要对每一种废水进行具体的、全面的分析和深入细致的研究, 然后拟定有效的、经济的、切实可行的处理方法和工艺路线。

3. 其他新材料吸附法

近年来科学家们为了进一步提高吸附法处理染料废水的效果，克服上述吸附剂的缺

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点，对很多其他物质进行了吸附行为的研究，如一些新合成的材料。由于交联多聚糖或壳聚糖含有大量的羟基和氨基等功能基，对活性染料、直接染料和酸性染料有强烈的吸附作用，此外其来源丰富、无毒抗菌、可生物降解，将来可能实现工业应用。近年来还出现了一些特殊的无机吸附剂，如新生态的氢氧化镁和二氧化锰。

染料废水的脱色是急待解决的难题，因此开展活性炭吸附对染料废水脱色的研究具有现实意义。但活性炭再生比较难、成本较高是限制活性炭吸附法的一大原因。因此，提高活性炭再生技术，循环利用活性炭以降低成本是今后研究的重点，吸附树脂具有活性炭那样的吸附能力, 又比活性炭、离子交换树脂易再生, 且物理化学稳定性好。因此, 用其吸附处理有机废水已日益受到人们的重视。某些矿物和废弃物吸附剂由于其价格低廉、来源丰富，可能会大规模应用于染料废水的处理；而新合成的吸附剂尚需在实际应用过程中进一步检验和优化，相信一定会有性能更加优良的吸附剂不断涌现。

1.2.3 高级氧化技术法（AOPs)

高级氧化技术又称深度氧化技术，以产生具有强氧化能力的羟基自由基·OH为特点，光辐照，催化剂等条件下，使大分子难降解有机物氧化成低毒或无毒的小分子物质。根据产生自由基的方式和反应条件的不同，高级氧化技术包括湿式氧化法、超声波氧化法、超临界水氧化法、电化学氧化法、Fenton 试剂氧化技术、臭氧氧化技术等，高级氧化技术能够利用光电声磁等物理和化学过程产生的高活性中间体·OH,快速矿化污染物或提高其可生化性，具有适用范围广，反应速率快，氧化能力强的特点，尤其在处理印染，农药，制药废水和垃圾渗滤液等高毒性，难降解废水方面具有很大的优势。

Fenton 法是在pH 为2～5 的条件下利用Fe2+ 催化分解H2O2产生的·OH 降解污染物，且生成的Fe3+ 发生混凝沉淀去除有机物，因此Fenton 试剂在水处理中具有氧化和混凝两种作用。由于H2O2价格昂贵，Fenton法单独使用成本高，通常是和其他生物、混凝、吸附等处理技术联用，将其作为生化处理的预处理或深度处理，以提高处理效果和降低成本。

电Fenton法的实质是把用电化学法产生的Fe2+与H2O2 作为Fenton试剂的持续来源。在酸性溶液中，在电极上通直流电时，首先O 2在阴极通过还原反应产生H2O2，H2O2与溶液中的Fe2+生成·OH 和 Fe3+，Fe3+可以在阴极上被还原再生成 Fe2+；另外，以Fe作为阳极，Fe2+可以直接由阳极氧化溶解产生。所以电Fenton法相比经典Fenton

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法降低Fenton试剂的用量。降低了Fe2+用量，减少了Fe2+的二次污染，同时也保持了Ｈ

2Ｏ2较高的利用率在

pH=3左右，三价铁主要以Fe(0H)2+粒子形式存在，三价铁的羟基

络离子可以与紫外光反应生成经基自由基和亚铁离子，前者可直接氧化有机物，后者又可作为催化剂重新参与反应。

利用Fenton 试剂处理染料废水，色度比COD 易去除，脱色率达95%以上。用Fenton 试剂处理偶氮、蒽醌、酞菁和次甲基等染料废水，最佳条件是pH<3，平均色度去除率大于97%，COD平均去除率约90%；温度对去除速率有很大影响，温度越低，速率越慢。

电化学氧化技术是指在外加电场作用下，在特定的电化学反应器内，通过一定化学反应、电化学过程或物理过程，产生大量的自由基，利用自由基的强氧化性对废水中的污染物进行降解的过程。电化学技术具有易控制、无污染或少污染、高度灵活等特点。早在20世纪40年代，国外就有人提出利用电化学方法处理废水，但因电力缺乏和成本较高发展缓慢。自20 世纪80 年代以来，随着人们对环境科学认识的不断深入和对环保要求的日益提高，电化学氧化法因具有其他处理方法难以比拟的优越性而引起广大环保工作者的兴趣。电化学方法对印染废水的脱色非常有效，当电化学反应器中废水主流区Fe2+质量浓度为200—500 mg/L时，色度去除率为90%—98%，COD和BOD去除率分别为50%和70%。但采用这种可溶性的电极氧化法电极消耗过大，故新型电极的开发就成为关注的热点之一。需加强新型电化学机理的创新，使电化学处理技术发生质的飞跃，如三维向多维的发展；加强电化学技术与其他物理、化学、生物等领域之间的结合。电化学技术电极消耗过多，反应物浓度不高时处理时间长、电流效率低，因此，在电极结构、新型电极、新型电化学反应器等方面有待于进一步研究提高。

超临界水氧化法是以温度为374℃、压力为22.1MPa 的超临界水作为反应介质，利用氧气或H2O2来氧化分解有机物。超临界水的特性与机溶剂相同，非极性有机物能够完全溶于水中，氧气和空气也能以任意比例溶于水中，而无机组分的溶解度很小。在超临界水中，氧气、有机物和水形成均一相，传质速率快，反应迅速。

超临界水氧化法处理废水具有应用范围广，反应速率快，降解彻底，无二次污染，无机组分容易沉淀分离等优点，且当有机物含量超过2%时，可以依靠反应过程中自身氧化放热来维持反应所需的温度甚至回收热能，是一种绿色水处理技术，正受到越来越