污水处理中的催化剂
摘要简单的介绍催化剂及催化作用,阐述催化作用的一般原理,并进一步以金属或金属离子型催化剂、光催化剂以及生物酶催化剂三种催化剂介绍催化剂在污水处理中的应用。
关键词催化剂;催化作用;污水处理中的应用
0引言
催化剂的使用历史悠久,而且已经逐渐渗透到现代工业的各个领域,对现代工业的发展有着不可忽视的促进作用。
同时随着人类社会的不断进步和发展,环境问题也日益突出,在全球环保低碳的国际背景下,对各种污水的处理是当今研究的热门课题。
毫不例外地,在目前所研究的各种污水处理技术中,催化剂也大显身手,使得这些处理技术得以有效快速地进行。
目前污水处理中所应用的催化剂主要分为三类:金属或金属离子型催化剂、光催化剂、生物酶催化剂。
1金属或金属离子型催化剂
污水处理被广泛应用于建筑、农业,交通、能源、石化、环保、城市景观、医疗、餐饮等各个领域,也越来越多地走进寻常百姓的日常生活。
目前污水的处理主要采用的是均相催化氧化法。
最为合理有效的催化剂是可溶性无机铜盐和Fenton试剂(Fe2+加H2O2),铜盐可处理含酚污水、造纸污水、含腈废水和表面活性剂工业废水等。
Fenton试剂多用于处理含酚和烷基苯磺酸盐的合成洗涤剂污水、染料废水等。
用Fenton试剂催化氧化工艺技术来处理难降解有机污水,不但设备简单,操作容易,原料来源广泛,而且能够很大程度的改善污水可生化性,有利于难降解有机物的后续生化处理。
此方法有良好的工业应用前景,是人们研究中的热点。
1.1Fenton试剂简介
1894年,化学家Fenton首次发现,在酸性条件下(pH=2～5),Fe2+和H2O2共存体系可以迅速地将酒石酸氧化,因此将Fe2+/H2O2组成的混合体系称为标准的Fenton试剂,该方法称为Fenton法。
1964年加拿大学者Eisenhouser首次使用Fenton试剂成功处理苯酚及烷基污水,开创了Fenton试剂法在废水处理中的先例。
经典的Fenton试剂由Fe2+/H2O2组成,而Fe3+、Cu2+等离子也可以活化H2O2形成类Fenton反应。
1.2Fenton试剂作用机理
目前公认的催化机理是Haber和Weiss提出的,Fenton试剂之所以具有非常高的氧化能力,是因为在Fe2+离子的催化作用下H2O2的分解活化能较低(34.9kJ/too1),能够分解产生羟基自基(·OH)。
同其它氧化剂相比,羟基自由基具有
更高的氧化电极电位,因而具有很强的氧化性能,能够氧化处理难以生物降解的有机物。
在此体系中,Fe2+主要起催化剂的作用,·OH是氧化剂反应的中间体。
1.3Fenton试剂优缺点
Fenton氧化技术具有反应快、能耗小、设备简单、操作简便等优点。
但在均相Fenton反应中,反应过程中溶入的铁离子会使水中色度增加,反应后调节pH会影响成本。
如果pH太大,则会有沉淀物产生,影响反应速率。
另外,催化剂的分离和有效循环是需要解决的难题。
2光催化剂
光催化氧化法是将特定光源(如紫外光uv)与催化剂(TiO2或CdS)联合作用对有机废水进行降解处理的过程。
它是目前研究较多的一项高级氧化技术。
现在研究的大部分催化剂为过渡金属半导体化合物,如TiO2、ZnO2、CdS和WO3等。
由于TiO2化学稳定性好、是有效的不透光剂,有较大的禁带宽度(Eq=3.2eV),光催化反应能力强、活性高,可以使一些吸热的化学反应在被光辐射的TiO2表面得到加速,因此TiO2具有独特的光催化性。
2.1光催化氧化技术优点
光催化技可以利用取之不尽、用之不竭的太阳能作为光源来激活;另外,光催化氧化技术可以使水中所含有的多种有机污染物被完全降解为CO2、H2O等,无机污染物被氧化或被还原为无害物;其次,光催化氧化技术还具有廉价、无毒、稳定、能耗低、操作简便、装置简单、二次污染少、重复使用、反应条件温和、能力强等优点。
2.2光催化氧化技术发展趋势
光催化氧化技术在实际应用方面比较迟缓,但它优点十分突出,相信随着研究的深入,它会在污水处理反面应用越来越广。
今后的研究中,在新型高效光源和对催化剂改性方面有待我们继续前进。
更近一步的研究反应机理,新型的污水处理技术将会是未来的研究反向。
3生物酶催化技术
在众多的污水处理方法中,生物处理最为经济有效。
污水的生物学处理法,无论是好气还是厌气处理,都是指微生物利用污水中的营养源,通过体内酶的作用将污水中的有机物质分解转化成为简单的无机物,以达到净化的目的。
由于微生物几乎能分解自然界中的所有有机物,近年来微生物酶在污水处理中的应用日益受到重视。
酶催化剂的主要缺点是价格高,且易受各种因素的干扰变性而失活。
4结语
催化剂在现代化学工业中占有极其重要的地位,现在几乎有半数以上的化工产品,在生产过程里都采用了催化剂。
科技的进步为催化剂的发展注入了一剂强劲的推动力,可以预见催化剂在将来社会的各个方面都有可能有所应用,尤其在在环保问题日益突出的新时代,催化剂也必将大显身手,为人类解决各种问题。
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