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催化剂在水处理中的应用
集萃印花网  2011-11-25 00:00:00
    【集萃网观察】[摘要]本文主要是从酶在污水处理的应用,着重介绍了Fenton试剂、负载型催化剂和生物酶,还在负载型催化剂中阐述了一下湿式氧化法和曝光法这两类在污水处理中经常使用的方法,生物酶主要是以过氧化氢酶为例。

  前言

  水是生命之源,水与人类的生活关系息息相关。人类活动导致水资源破坏,因此水污染问题是人类最为关心的环境问题。本文主要是综述各种新型以及经典的处理水污染的催化剂,分别从Fenton试剂、负载型催化剂和生物酶依次分开阐述。

  1 Fenton试剂在处理难降解有机废水中的应用

  Fenton的催化机理:对于Fenton试剂催化机理,目前公认的是Fenton试剂能通过催化分解羟基自由基进攻有机物分子,并使其氧化为二氧化碳,水等无机物质。Fenton具有很高的氧化能力,故使很多难生物降解及一般化学氧化法难以氧化的有机物有效分解。

  处理染料废水

  染料废水成分复杂、色度深、大多数污染物有毒而且难降解,采用传统,生化处理很难使其成分达标排放,其中脱色处理是难题之一。汪兴寿等研究了光一Fenton试剂对不同型染料废水的脱色效果,结果表明该法对脱色对象具有选择性,对单偶氮染料效果颇佳,Kuo用Fenton法对分散染料,活性染料,酸性和碱性染料等有代表性的染料废水进行脱色处理,均取得较好的效果。

  处理含酚废水

  含酚废水是一种来源广、水质危害严重的工业废水,焦化厂、煤气厂,及用酚作原料与合成酚的各种企业都可产生含酚废水。高浓度的酚能引起急性中毒,甚至死亡:低浓度的酚能引起累积性慢性中毒:长期饮用被酚污染的水,会引起头晕、贫血及神经系统病症。程丽华等采用Fenton试剂对7种酚类物质处理,结果表明Fentoni~j去除酚类物质的反应非常快,除去硝基酚和邻硝基酚所需时间较长之外,其他几种酚类物质均可以在20min之内达到95%以上的去除率。

  处理垃圾填埋渗滤液

  利用Fenton试剂对垃圾填埋渗滤液的处理是近年来的研究热点之~,但是由于渗滤液的成分十分复杂,而且水量变化很大,一般的生化法的厌氧或好氧处理工艺难以奏效,因此人们开始研究其他可以替代的处理方法。Fenton试剂法作为其中的一种技术能够将有毒有害的有机污染物转变成无害的无机物,如氧化成二氧化碳和水。张晖等采用Fenton试剂对早晚期两种不同的垃圾渗滤液进行了处理,结果表明Fenton试剂的处理两种渗滤液的COD均有较高的去除率。

  2半导体光值化

  光催化分解水

  在光催化反应中研究得最多的是光催化分解水.Ti02和SrTi03在水溶液中化学稳定性好,但它们的带隙太宽,太阳能利用效率低与太阳光谱相匹配的半导体如CdS、CdSe在水溶液中发生光腐蚀,虽然研究过在半导体表面担载金属和金属氧化物,或在半导体表面修饰一层光敏剂或在溶液中加入光敏剂或牺牲剂,但全分解水的效率仍是很低的.

  效率低的另一原因是氧化产物与还原产物之间发生逆反应堂免一成提出一种层状结构担镍的妮酸盐Ni/Rb4Nb607的新型催化剂,在紫外光照下分解水的(330nm)量子效率达但这种催化剂只能吸收紫外光,还需要进一步改进,研究适合于太阳能分解水的新光催化剂.

  光催化氧化光催化氧化无机物和分解氧化有机物

  由于光照半导体产生的空穴和电子具有很强的氧化和还原能力,能氧化有毒的无机物和降解大多数有机物,将它们最后分解、氧化成为C02、H20和简单的无机物,因此,利用太阳能光催化分解无机和有机物的方法受到重视。

  光催化剂大多是用Ti02,因为它在水中稳定,它的价带的电位很正,光生空穴几乎可以氧化所有的有机基团,最后将它们完全分解,成为无害的物质.由于光催化分解水中有毒污染物的方法简便,又能避免通常化学方法处理水带来的二次污染问题,因此研究用太阳能作能源,光催化分解有害的废弃物质、处理水中污染物,净化水质的应用试验正在开展.据报望美国能源部所属桑迪亚国家实验室试验成功以太阳能动力的净化污染水的解毒处理系统,美国伯尔得公司太阳能研究所采用集束太阳能破坏水中有机污染物,效果较好.考虑到光激发半导体有较强的氧化能力,松永足提出用Ti02分散体系的杀菌方案,杀死酵母菌和大肠杆菌,川合用半导体粒子制各超纯水呻,这都是一些新的研究方向。

  3生物酶

  酶在污水处理中的范围很广泛,下面主要介绍过氧化酶在污水处理中的应用。

  过氧化物酶是一种常见的酶,根据来源的不同,它又可分为植物过氧化物酶如辣根过氧化物酶、花生过氧化物酶和烟草过氧化物酶:动物过氧化物酶如微过氧化物酶,真菌过氧化物酶木质素过氧化物酶等,其中有关辣根过氧化物酶(HRP)的研究最为广泛.

  与传统的物理化学过程相比,酶在废水处理中具有良好的优势:能处理难以降解的有机物:高浓度或低浓度废水都适用:操作时的pH、温度、盐度的范围很宽不会因生物物质的聚集而减慢处理速度:处理过程的控制简便易行;不易被生物毒性的物质所控制:具有固定化酶的反应器:抗冲击能力强。与直接利用微生物处理废水相比,酶催化反应具有以下优点:分解效率高:毒性小,易操作,微生物常常具有致病性,而酶对环境很友好,因为酶及其反应物在环境中极易进一步被生物降解:使用范围宽,酶可以在较宽的pH、温度及盐浓度范围内处理低浓度或较高浓度的污染物,而微生物一般仅适用于处理较低浓度的污染物。

  酶的主要缺点是价格高,且易受各种因素(如盐的浓度、pH、有机溶剂等)的干扰性而失活。

  结语

  催化剂在污水中的处理中越来越普及,尤其是光催化剂的应用,作为一种新型催化剂,因其自身的优越性,为其在将来的发展中提供了很大的空间。不过应该在摸索中尽量避免其缺点带来的负面影响,使其达到更好的应用目的。

  来源: 王峰,徐碉,王勇利

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