H2O2對TiO2光催化氧化降解苯酚廢水的影響

李娜+李國德+王艷+武士威+劉婷+柳葉飛+楊靜瑜

摘 要：本研究采用TiO2為光催化劑，在紫外光的照射下，降解處苯酚模擬廢水。考察了H2O2用量對苯酚降解過程的影響。結(jié)果表明：當(dāng)苯酚濃度為40mg/L，TiO2光催化劑濃度為1.0g/L時(shí)，最佳H2O2用量為2.0mL/L。

關(guān)鍵詞：光催化氧化 苯酚 二氧化鈦 H2O2

中圖分類號：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）11（a）-0096-02

酚類物質(zhì)廣泛應(yīng)用于化工、防腐劑、造紙等工業(yè)中，產(chǎn)生的含酚廢水污染嚴(yán)重，難以生物降解，其污染問題日益突出[1]。光催化氧化處理廢水中的有機(jī)物成為國內(nèi)外污水處理領(lǐng)域的熱點(diǎn)，而TiO2作為光催化劑有著良好的熱穩(wěn)定性、無毒、在降解過程中不會(huì)發(fā)生二次污染、應(yīng)用中操作條件容易控制等優(yōu)點(diǎn)，而且造價(jià)便宜，容易制得，所以在眾多光催化劑中其地位名列前茅[2-7]。本文采用TiO2光催化氧化法對苯酚廢水的處理進(jìn)行了研究。

1 光催化反應(yīng)設(shè)備

光催化氧化實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。

實(shí)驗(yàn)過程中，在容器中配置模擬廢水，并加入光催化劑（TiO2）以及輔助催化劑（H2O2），攪拌均勻使TiO2粉末處于懸浮狀態(tài)。然后打開控制器面板上的電源及循環(huán)泵開關(guān)，并調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子流量計(jì)的大小，使模擬廢水以一定的流速在紫外光處理器與反應(yīng)容器之間構(gòu)成循環(huán)。一段時(shí)間之后打開紫外燈開關(guān)，進(jìn)行有機(jī)物的TiO2紫外光催化降解（反應(yīng)過程中采用冷卻水浴控制體系溫度）。

2 結(jié)果與討論

2.1 H2O2對苯酚降解趨勢的影響

實(shí)驗(yàn)過程中，苯酚模擬廢水濃度為40mg/L，TiO2光催化劑濃度約1.0g/L時(shí)，將強(qiáng)氧化劑H2O2加入到懸浮態(tài)二氧化鈦光催化氧化體系中，投加H2O2的濃度分別為1、2、3、4mL/L，進(jìn)行180min紫外光光催化氧化反應(yīng)，在固定的時(shí)間間隔取水樣，進(jìn)行苯酚濃度的監(jiān)測。苯酚降解趨勢隨H2O2濃度的變化趨勢如圖2所示。

由圖2可以看出，曲線在反應(yīng)初始的30min左右下降較為迅速，在此之后下降趨勢變得平緩。這說明，反應(yīng)體系中加入強(qiáng)氧化劑H2O2之后，H2O2立即起到催化作用，加快了苯酚的光催化降解，提高了苯酚的降解效果。通過圖2可以看出，適量的H2O2對苯酚的降解有明顯的促進(jìn)作用，但過量的H2O2反而對光催化降解反應(yīng)的順利進(jìn)行起到了抑制作用。本實(shí)驗(yàn)中H2O2的最佳濃度為每一升溶液中含有2.0 mL H2O2。

2.2 苯酚的降解速率隨H2O2濃度的變化

H2O2濃度不同時(shí)動(dòng)力學(xué)參數(shù)也隨之變化，開始時(shí)反應(yīng)速率常數(shù)隨著H2O2濃度的增大而增大，當(dāng)H2O2的濃度增加到2.0mL/L時(shí)一級反應(yīng)速率常數(shù)達(dá)到最大值0.00353min-1，繼續(xù)增大H2O2濃度一級反應(yīng)速率常數(shù)反而隨之減小。

3 結(jié)語

苯酚的去除率及降解速率隨著H2O2的投加量先增大后減小，H2O2的濃度存在一個(gè)最佳值，過量H2O2的加入，在浪費(fèi)藥品增加費(fèi)用的同時(shí)不僅不能提高反應(yīng)效率，反而對光催化降解反應(yīng)的順利進(jìn)行起到了抑制作用。本實(shí)驗(yàn)中H2O2的最佳濃度為2.0mL/L H2O2。

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