彻底降解制浆漂白废水中氯代愈创木酚的方法技术

本发明专利技术提出一种以制浆漂白废水中“三致”组分氯代愈创木酚为底物，采用悬浮体系光电催化协同降解的方法，在外加电压３－５Ｖ、紫外光波长为２５３．７ｎｍ、功率为３０Ｗ，催化剂二氧化钛浓度为２５０ｍｇ／Ｌ、曝气、氯代愈创木酚废水浓度是０．０１２５ｍｍｏｌ／Ｌ，循环流量为２０Ｌ／ｈ，ｐＨ值为６，室温２０±８℃，反应时间１００－１２０分钟，紫外和气质联用仪检测结果表明，氯代愈创木酚可以完全降解，无中间产物生成，降解产物完全矿化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种彻底降解、特别是采用光电协同催化法降解制浆漂白废水中氯代愈创木酚的方法。
技术介绍
中国是水资源短缺的国家，人均占有淡水资源仅占世界平均值的1/5，而且还受到日益严重的污染。如造纸等工业的制浆漂白废液中含有大量污染物，其主要来源是漂白化学品和木素的降解产物，尤其是氯化和碱处理废液。有机氯化物是一类重要的难降解性有机化合物，其中许多具有致癌、致畸、致突变的“三致”效应。在美国，129种环境优先污染物中，卤代物有60多种；欧共体的污染物黑名单上，排在首位的也是卤代物。半导体光催化环保应用是近几十年来最为活跃和引人注目的领域，半导体催化剂在紫外光或可见光的作用下，可将许多有毒和难降解的无机和有机化合物都氧化或者完全分解为CO2和相应的无机离子。该过程可以在常温常压下完成，同时，催化剂的化学和光催化性能稳定，能反复循环使用。与其他污染治理技术相比，该方法还可以减少二次污染。作为新的环境污染治理技术，半导体异相光催化的研究、应用和开发日益受到重视。目前已有了不少用光催化氧化法对有机氯化物降解有效的报道，如李友太等发现在弱碱性或弱酸性介质中氯仿的光催化效果较好，溶液中共存的无机阴离子对氯仿的光催化有不同程度的影响(《江汉大学学报》，2001年第3期)；席北斗等用空心玻璃球做载体对五氯苯酚钠光催化降解，COD去除率大于65％，PCP-Na去除率大于92％(《环境科学》，2001，第3期)。冷文华在降解水中对氯苯胺(PCA)时，发现光催化能有效降解PCA，但氧化反应COD值的降低非常缓慢，且其矿化比降解需要更长时间(《环境科学》，2000年第六期)。席北斗等还做了铂修饰型催化剂光催化降解五氯苯酚的实验，反应时间1小时五氯苯酚的去除率可达55％，2小时左右即可达100％去除，COD的去除率可以达到90％(《环境化学》，2001年第1期)。Yin Zhang等光催化降解的氯化物主要是三氯乙烯，发现光强、水蒸汽的最初浓度、温度、进口污染物浓度和流速都可影响污染物的降解速率，在室温、低的初始浓度、低的流率和高的光强的条件下，可以有较好的降解(《Enviromental Science andTechnology》.1994，28435-442)。M.P.Ormad等用三价铁做催化剂，采用36W的荧光灯降解2，4-二氯苯酚，预先处理45分钟，使降解过程在几分钟之内可以完成，但是2，4-二氯苯酚的降解速度和Cl-的形成却不是类似的，原因可能归结为芳香族和脂肪族中间体的寿命和机理各异(《Applied Catalysis BEnvironmental》.2001.32.157-166)。但迄今为止，尚未见到制浆漂白废水中广泛存在的氯代愈创木酚这一底物(4-chloro-2-methoxyphenol)的光电协同催化降解的研究报道。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种用光电协同多相催化方法实现氯代愈创木酚在常温下彻底降解为无机小分子的方法。本专利技术以如下技术方案解决上述技术问题1.光催化剂为微米级化学纯二氧化钛，在500℃下焙烧24h；2.焙烧后的二氧化钛以悬浮态置于满装氯代愈创木酚废水的光电催化协同反应器中；3.采用蠕动泵外循环方式，对氯代愈创木酚废水进行光催化降解；氯代愈创木酚废水循环流量为20L/h，催化剂用量为250mg/L，pH值为6，室温20±8℃，外加电压3-5V；紫外光波长为253.7nm，功率为30W，反应时间100-120分钟；4.过滤，沉淀，离心分离。处理后的废水排出，催化剂颗粒重复使用。本专利技术提供的光电催化氧化法降解制浆废水中氯代愈创木酚具有以下优点1.反应温度为常温，光电协同所需电极的电压也低，全处理过程耗能少。2.催化剂来源广泛、价廉，焙烧处理方便，所要求粒径可用常规方法分离，活性持久，可回收循环使用。3.降解过程能将目标物氯代愈创木酚彻底降解为无害化且可生化处理的无机小分子，也无需添加其他絮凝剂等化学品，无二次污染。4.该方法用于工业化生产时，应在水处理的最后工段进行紫外辐照，可根据流量大小，采用多排紫外光照射，无需循环，只要停留时间达到工艺要求，即可实现彻底降解。附图说明图1是光电协同光催化装置的流程示意图。图2是催化剂焙烧处理后的SEM图。图3是光照时半导体催化剂光生载流子变化示意4是光电协同催化降解下氯代愈创木酚紫外光谱5是处理后废水的质谱图 具体实施例方式以半导体光催化剂为特征的为间接光降解，半导体价带上的电子吸收光能后被激发到导带上去，产生高活性电子，并在价带上产生带正电荷的空穴进而形成氧化还原体系。在降解过程中溶解氧和水也参加了光化学氧化自由基的反应。催化剂作为光的吸收剂产生电子-空穴对，诱发产生氧化活性基团，其作用机理是TiO2→e-+h+h++H2O→HO·+H+e-+O2→O2-O2-→HO2·2HO2·→O2+H2O2H2O2+O2-→HO·+OH-+O2当能量大于TiO2禁带宽度的光照射半导体时，光激发电子跃迁到导带，形成导带电子(e-)同时价带留下空穴(h+)。由于半导体能带的不连续性，电子和空穴的寿命较长，他们能够在电场作用下或者通过扩散的方式运动，与吸附在半导体催化剂颗粒表面上的物质发生氧化还原反应，或者被表面晶格缺陷所俘获。空穴和电子在催化剂粒子内部或表面也可能复合。空穴能够同时与吸附在催化剂粒子表面的OH-或H2O发生作用生成HO·。HO·是一种活性很高的粒子，能够无选择地氧化多种有机物并使之矿化，通常被认为是光催化反应体系中主要的氧化剂，光生电子也能够与O2发生作用生成HO2·和O2·等活性氧类，这些活性氧自由基也能参与氧化还原反应，该过程如图3所示。以下是将光催化技术与电化学等外加场进行耦合研究，以期达到1+1＞2的协同效果。这种方法是在紫外光照射TiO2的同时在电极上加较低的电压，使光激发产生的光生电子通过外电路被驱赶到对电极上，阻止了光生电子和光生空穴的复合，从而提高了光催化的效率。1.设备采用武汉科林公司的KL-1型紫外光浆态床反应器。经改造后，流程如图1所示。以主波长为253.7nm的30W紫外灯作为光源。KL-1型紫外光浆态床反应器由蠕动泵6、光催化反应器2、紫外灯1、循环槽5、转子流量计4、电源控制器3、搅拌器7等组成，将铂电极和银电极分别作为外接的正负极放入反应器中，导线由观察孔引出，外接交直流转换器8(输入220V电压后，输出直流电源，有六个档位可供调节3V、4.5V、6V、7.5V、9V、12V)，反应器外壳为不锈钢，可避免日常光照的干扰且将紫外光反射回来再利用，以减少光损失。2.催化剂将市售化学纯二氧化钛在马福炉中进行焙烧，逐渐提高温度，保持500℃，焙烧24h。焙烧后颗粒大小和晶体外表面均发生了明显的变化，颗粒大小均匀，界面清晰，近似为球型，具有清晰的晶型结构。处理后的催化剂可使氯代愈创木酚的降解率达到最大化。3.研究电场对降解速率的影响采用焙烧温度500℃催化剂，在曝氧，pH＝6，TiO2＝250mg/L，T＝20℃，循环流量为q＝20L/h，废水体积为4L，分别施加3V、4.5V、6V、7.5V、9V、12V的电场，对初始浓度为Co＝0.0125mmol/L的氯代愈创木酚废水进行降解。电压为3V时降解率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种彻底降解制浆漂白废水中氯代愈创木酚的方法，其特征是工艺流程和技术参数为：（１）光催化剂为微米级化学纯二氧化钛，在５００℃下焙烧２４ｈ；（２）焙烧后的二氧化钛以悬浮态置于满装氯代愈创木酚废水的光电催化协同反应器中； （３）采用蠕动泵外循环方式，对氯代愈创木酚废水进行光催化降解；氯代愈创木酚废水浓度是０．０１２５ｍｍｏｌ／Ｌ，循环流量为２０Ｌ／ｈ，催化剂用量为２５０ｍｇ／Ｌ，ｐＨ值为６，曝气、室温２０±８℃，外加电压３－５Ｖ；紫外光波长为２５３．７ｎｍ，功率为３０Ｗ，反应时间１００－１２０分钟；（４）过滤，沉淀，离心分离。处理后的废水排出，催化剂颗粒重复使用。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：夏璐，龚铸，
申请(专利权)人：广西民族大学，
类型：发明
国别省市：45[中国|广西]