超声降解甲基橙和TiO光催化还原Cr（Ⅵ）过程中协同效应的研究

摘要

随着现代工业生产规模的发展和扩大，生产过程中产生的大量有害物质对自然环境的污染日益加剧，对人类健康的危害也日益严重。常规的物理、化学、生物方法难以满足净化处理在技术和经济上的要求，废水的处理技术成为研究的热点。随着研究的深入，高级氧化技术应运而生并有了快速发展。高级氧化技术是利用活性极强的自由基(如·OH)氧化分解水中有机污染物的新型氧化除污技术，已经逐渐成为水处理技术研究的热点。高级氧化技术包括Fenton试剂法、O3氧化法、高能电子辐射法、超临界水氧化法、电化学法、纳米光催化法及超声辐射法等。本文主要研究了低浓度的CCl4对超声降解甲基橙(MO)的影响及有机物对不同TiO2催化剂光催化还原Cr(VI)的影响，研究结果如下： (1) 研究了低浓度的CCl4对超声降解MO的影响，结果表明少量的CCl4能促进MO的超声降解。在实验条件下，MO的超声脱色过程符合准一级反应的动力学方程；同时MO的超声脱色速率与CCl4浓度、MO浓度及溶液pH相关，其脱色速率常数随着CCl4浓度的增加，MO浓度的降低及溶液pH的减小而增大。CCl4能加速MO超声脱色的主要原因是CCl4超声作用产生的·Cl与HClO共同作用的结果。基于MO的脱色速度与CCl4浓度之间存在良好的线性关系，建立了一种用MO超声褪色分光光度法间接测定痕量CCl4的新方法。在优化的条件下，该方法测定CCl4的线性范围为0.4-20 mg L-1，检出下限为0.2 mg L-1，相关系数R2= 0.9996。采用标准加入法测定了自来水、东湖水和人工废水中CCl4的含量，其精密度及回收率等均令人满意。 (2) 用世界公认的光催化活性高的催化剂Degussa P25进行对比，研究了有机物对不同煅烧温度下的国产TiO2光催化还原Cr(VI)的影响。国产TiO2随着煅烧温度的升高，其锐钛矿晶型不断完善，当温度高达900°C时，锐钛矿晶型完全转化为金红石型；与此同时催化剂的比表面积随煅烧温度的升高而不断减小。在实验条件下，Cr(VI)的光催化还原反应遵循准一级反应动力学过程。当污水中只存在Cr(VI)一种污染物时，TiO2光催化还原Cr(VI)的速率常数kCr随着国产TiO2煅烧温度的提高先增大，在煅烧温度达到500°C时kCr最大，然后则不断减小。然而当有机污染物共存时，由于有机污染物可作为光生空穴的捕获剂，与单独处理Cr(VI)的光催化还原速率常数相比，TiO2光催化还原Cr(VI)的速率常数明显增大。特别是当有机污染物甲酸存在时，与单独光催化还原Cr(VI)相比，未经任何热处理的国产TiO2光催化还原Cr(VI)的kCr提高了6.6倍，而Degussa P25提高了1.4倍，前者几乎是后者的5倍；但随着国产TiO2煅烧温度的升高，光催化还原Cr(VI)的kCr反而减小。这些研究结果表明，有机污染物的存在，促进了Cr(VI)的光催化还原，同时有机污染物的光催化氧化与Cr(VI)的光催化还原之间存在协同效应，但这种协同效应的大小与TiO2催化剂的性质有关，催化剂的比表面积越大，协同效应也越强。