光催化-BAF联合工艺降解水体中2,4-二硝基苯酚

摘要

TiO2具有较高的光催化活性，较高的化学稳定性和热稳定性，容易得到，本身又不具有毒性，对环境没有负面影响，对难生物降解的物质催化彻底，已经成为最引入注目的环境净化材料之一，在环保领域的应用得到了广泛的研究。但由于TiO2的种种限制，目前很难真正的应用于工业化的废水处理工程中，主要限制有光响应范围太窄(只对λ<387 nm的紫外光响应)和使用后难回收再利用。目前主要的研究大多是制备纳米TiO2溶胶和粉末，难以回收，也有负载型光催化剂的研究，但也存在载体的稳定性不足和催化剂薄膜脱落的问题，而改性则主要是提高光催化活性。
　　 本试验采用溶胶-超声共融-凝胶-滴油造粒法制备粒径0.5～2 mm的TiO2-Al2O3复合微球光催化剂。制备了不同Ti/Al摩尔比，不同煅烧温度下的复合光催化剂，对催化剂样品进行了XRD分析，确定不同煅烧温度对TiO2-Al2O3晶型的影响。取其中一种比例和煅烧温度下的催化剂作为降解反应的催化剂，以具有生物毒性的2，4-二硝基苯酚(2，4-DNP)作为模型污染物，以紫外杀菌灯作为光源，检验催化剂的光催化活性。
　　 对不同浓度的2，4-二硝基苯酚模拟废水进行光催化降解、BAF生物降解、光催化-BAF联合降解试验，对比了单独处理与联合处理的特点，采用UV-vis、HPLC对水样进行了分析，观察2，4-二硝基苯酚降解情况。
　　 XRD分析表明，Al的加入明显提高了TiO2的相变温度，850℃下才发生了由锐钛矿型向金红石型的转变，TiO2：Al2O3<1:2时，没有Al2O3的衍射峰出现，说明Al2O3可能以非晶体状分散在TiO2的表面上。水样HPLC图谱表明，光催化和生物降解方法都检测到了一种主要的中间产物，有的检测出有几种产物。UV-vis图谱表明，降解过程中首先发生脱硝基反应，硝基被羟基替换。光催化过程中pH的降低表明反应过程中有羧酸类的中间产物产生，表明苯环被打断。降解的主要过程可能是：替换硝基-开环-彻底氧化，最终的产物为NO3-、CO2、H2O。
　　 催化试验结果表明，制备的催化剂具有较好的紫外光催化活性，且使用后容易从水溶液中分离。以光催化作为预处理，联合BAF生物降解，光催化的中间产物，使微生物对有毒废水具有更好的适应性，2，4-二硝基苯酚的降解速率相对于单独生物降解大大提升，显著缩短了降解时间。