高級(jí)氧化技術(shù)在水處理的研究進(jìn)展

黃金柯

摘要：隨著地球上水資源逐漸匱乏，人們對(duì)水處理技術(shù)提出了更高的要求。在眾多水處理技術(shù)中，高級(jí)氧化技術(shù)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)廢水的降解效果顯著。本文對(duì)Fenton氧化法、光催化氧化法、臭氧氧化法和濕式氧化法等高級(jí)氧化技術(shù)在水處理領(lǐng)域的研究進(jìn)展和應(yīng)用作出了全面性敘述，并且對(duì)高級(jí)氧化技術(shù)處理廢水的降解機(jī)理進(jìn)行研討，對(duì)各種高級(jí)水處理技術(shù)應(yīng)用的缺點(diǎn)進(jìn)行分析，使高級(jí)水處理技術(shù)造福于人類。

關(guān)鍵詞：高級(jí)氧化技術(shù)；廢水處理；研究進(jìn)展

1 概述

高級(jí)氧化技術(shù)（AOPs）起源于20世紀(jì)80年代，這種氧化技術(shù)需要在一定的外界作用下才能進(jìn)行，如紫外燈照射、高溫、輻射等，在特定外界條件下可以產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化性的自由基，該自由基可以與高分子大分子化合物等難以降解的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將其降解成一些低毒、甚至無毒的有機(jī)小分子或無機(jī)化合物，如二氧化碳、水等。與傳統(tǒng)氧化技術(shù)相比，高級(jí)氧化技術(shù)具備降解速率快、反應(yīng)條件溫和、廢水處理效果顯著等優(yōu)點(diǎn)，具有很好的使用前景。

2 幾種應(yīng)用廣泛高級(jí)氧化技術(shù)

2.1 Fenton氧化技術(shù)

法國科學(xué)家H.J.Fenton于1894年發(fā)現(xiàn)Fe2+和H2O2在酸性條件下氧化蘋果酸生成的Fe3+，反應(yīng)發(fā)生后沉淀時(shí)，還能夠有效的去除有機(jī)物，其降解機(jī)理為Fe2+和H2O2在一定條件下，生成Fe3+與羥基自由基，生成的再與廢水中的有機(jī)化合物作用，降解為無機(jī)小分子等。·OH具有強(qiáng)氧化性，氧化還原電位高達(dá)2.80V，僅次于F2的2.87 V，能夠?qū)⑺袔缀跛械挠袡C(jī)物氧化，甚至礦化，且不產(chǎn)生二次污染。

Fenton法具有降解速度快、反應(yīng)條件溫和、設(shè)備投資小等優(yōu)點(diǎn)。但是降解反應(yīng)物利用效率不高，水中含有大量的Fe2+和H2O2，很難多次使用或者分離，致使降解反應(yīng)不理想，且在降解過程中會(huì)生成大量的含鐵泥垢，造成污染。因此，F(xiàn)enton氧化法常常與其他氧化技術(shù)聯(lián)合使用或者應(yīng)用于深度廢水處理方面。近年來，人們開始研究其他化合物替代Fe2+，或?qū)e2+與殼聚糖、高嶺石、石墨烯等生成特殊結(jié)構(gòu)的復(fù)合物來降解廢水，降解率高達(dá)90%以上，降解效率明顯，且催化劑可回收利用多次，提高了催化劑回收使用率。

2.2 臭氧氧化技術(shù)

目前臭氧不僅應(yīng)用于漂白劑、除臭劑和除色劑等，而且在廢水處理方面也有很好的應(yīng)用。臭氧作為一種強(qiáng)氧化劑，對(duì)污水處理具有降解速率快、化學(xué)反應(yīng)條件溫和，而且與Fenton法相比不會(huì)造成二次污染等優(yōu)點(diǎn)。其降解機(jī)理目前認(rèn)為有兩種：（1）臭氧在特定條件下可以與廢水直接發(fā)生氧化反應(yīng)來降低廢水中有機(jī)物。（2）臭氧在一定條件下在水中生成強(qiáng)氧化性自由基，生成的自由基再與廢水中的有機(jī)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成小分子。

2.3 光催化氧化技術(shù)

最初光催化氧化技術(shù)是研究人員發(fā)現(xiàn)TiO2單晶電極在光照條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成氫氣和氧氣。光催化氧化技術(shù)的降解機(jī)理也是生成氧化性很強(qiáng)的自由基，生成的自由基再與廢水中的有機(jī)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，降解為無機(jī)小分子或離子，如二氧化碳、氯離子、和水等。TiO2光催化氧化技術(shù)的降解機(jī)理如下所示：

光催化氧化技術(shù)與其他氧化技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)也十分明顯，但是光催化氧化技術(shù)的催化劑固載困難、量子效率低。TiO2、ZnO、WO3、CdS、ZnS、SnO2 和 Fe3O4 等是光催化氧化技術(shù)常用的催化劑，TiO2因其低價(jià)無毒、穩(wěn)定性能好，常常用于光催化劑。Xu等采用溶膠-凝膠法制備了三維石墨烯-TiO2復(fù)合材料應(yīng)用于催化降解亞甲基藍(lán)，結(jié)果表明石墨烯與TiO2協(xié)同作用提高了光催化降解性能，降解產(chǎn)物為無機(jī)小分子與一些無機(jī)離子，同時(shí)驗(yàn)證了反應(yīng)機(jī)理是在光照條件下，生成了羥基自由基參與降解反應(yīng)。Yang等采用水熱合成法合成TiO2負(fù)載氧化石墨烯復(fù)合物光催化降解對(duì)硝基苯酚，結(jié)果表明，光照150分鐘之后，TiO2負(fù)載氧化石墨烯復(fù)合物的催化降解活性明顯高于TiO2，且復(fù)合物不僅在紫外光下具有良好的降解效果，同時(shí)在可見光下的降解性能也十分優(yōu)秀，降解去除率達(dá)到96%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于P25的39%，提高了對(duì)太陽光的利用率。Ma等發(fā)現(xiàn)負(fù)載納米Au的 TiO2對(duì)亞甲基藍(lán)的光催化降解率為純TiO2的2倍。且催化劑可回收利用至少3次，提高了催化劑的使用效率。

2.4 濕式氧化技術(shù)

對(duì)于高濃度的廢水的處理，濕式氧化技術(shù)對(duì)廢水有機(jī)物的降解效果十分明顯。濕式氧化技術(shù)是以空氣作為氧化劑，它對(duì)反應(yīng)條件要求較高，反應(yīng)溫度在150～325℃之間，反應(yīng)壓力在0.5～20 MPa之間，將廢水中的有機(jī)化合物降解生成無機(jī)小分子。

3 結(jié)束語

高級(jí)氧化技術(shù)對(duì)與廢水中難以處理的污染物，如高分子大分子化合物有很好的降解效果，同時(shí)，它在降解化學(xué)微量化合物的效率極其良好，能夠?qū)⒂袡C(jī)化合物完全降解。高級(jí)氧化技術(shù)具有降解效率快、無二次污染、氧化性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種廢水降解方面。近年來，隨著人們對(duì)降解機(jī)理不斷深入研究，對(duì)催化劑的回收處理以及對(duì)設(shè)備成本的縮減，可以預(yù)見在未來生活里，高級(jí)氧化技術(shù)將會(huì)在各行各業(yè)里有著更加廣泛的應(yīng)用，同時(shí)，隨著高級(jí)氧化技術(shù)的組合技術(shù)的深度開發(fā)，也會(huì)產(chǎn)生新的理論和技術(shù)，使其各盡所長，盡快造福于人類社會(huì)。

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（作者單位：深圳市宏森環(huán)保科技有限公司）