复合光催化氧化剂反应原理及在橡胶助剂

复合光催化氧化剂反应原理及在橡胶助剂废水处理中的作用橡胶助剂行业排放的废水对环境污染相当严重，治理很困难，治理费用相当高。因为环保问题，西方发达国家已不生产这类产品，将其转移到中国和印度等发展中国家。近几年，随着经济的发展，我国对环境保护逐渐重视起来，对企业污水治理的要求越来越高，部分污染企业面临着被关停。我公司从1990年开始接触橡胶助剂废水处理，经过多年的研究，开发出了针对该废水处理的复合光催化氧化剂。实践证明，光催化剂对助剂废水有很好的处理效果，对废水COD及色度的去除起着不可替代的作用。1光催化氧化剂对废水处理的作用橡胶助剂废水中含有大量不可生化的有机物M和对生化出水色度影响很大的M的衍生物，该废水处理的关键是对M及其衍生物的处理。M是难降解的有机物，当M（2―巯基苯吡噻唑）的浓度为7―280mg/L时，其降解速率极慢，并抑制废水的硝化过程的进行，如果废水中的M浓度在100mg/L以上，处理过程中就会积累起二硫化合物，导致生化无法进行。M的衍生物2―羟基苯吡噻唑可以进行好氧降解，处理后，在无细胞萃取液中可检出邻苯二酚―2，3二氧化酶，并在处理液中发现一种棕色产物，可能是一种终极代谢产物，这种产物对出水色度影响相当大。经光催化氧化处理的废水的生化性大大提高，B/C由小于0.1提高到0.38以上，保证了后续生化的顺利进行。2光催化氧化反应机理光催化氧化反应以半导体为催化剂，以光为能量，将有机物降解为CO2和水。反应机理如下：2.1半导体光激发带间跃迁和量子效率下图是半导体的能带结构示意图。由图可见，半导体能带结构与金属不同的是价带(VB)和导带(CB)之间存在一个禁带。用作光催化剂的半导体一般具有较大的禁带宽度，有时称为宽带隙半导体。当光子能量高于半导体吸收阈值的光照射半导体时，半导体的价带电子发生带间跃迁，即从价带跃迁到导带，从而产生光生电子和空穴。半导体的光吸收阈值与带隙具有下式所示的关系，从公式可知，常用的宽带隙半导体的吸收波长阈值大都在紫外区域。如下图所示，电子和空穴（载流子）被光激发产生后，经历多个变化途径，存在复合和输运/俘获二个相互竞争的过程。催化过程中，光激发载流子的俘获并与电子给体/受体发生作用，系统中，量子效率φ（每吸收一个光子体系发生的变化数，实际常用某一产物的产率衡量）与载流子输运/俘获速率KCT、复合速率KR有如下式所示的关系：3处理效果（1）对M及其衍生物的去除率＞99%；（2）对橡胶助剂行业综合废水中有机物去除率＞80%；（3）对橡胶助剂行业废水COD去除率＞90%；（4）综合废水可生化性B/C＞0.4，生化反应时间缩短了,出水的颜色从以前的棕色变为浅黄色（5）该项技术大面积推广后，能使橡胶助剂行业废水达标排放，有效治理橡胶助剂废水的污染，又可为其他行业废水处理提供一种有效、无二次污染的新方法，将会产生巨大的社会效益。我们对橡胶助剂行业前10名企业废水状况进行了详细的调查，为永嘉县化工厂、镇江振邦化工有限公司、山东单县化工有限公司等三家企业提出具有特色的废水处理方案，取得了较滿意的效果，为光催化氧化—生物氧化废水处理工艺在其他橡胶企业废水中的应用打下了坚实基础。下面是我们做过的其中一项处理量为2000t/d橡胶废水处理工程的工艺流程：4主要成份其生产技术路线复合光催化剂的主要成分有:半导体催化剂,少量有机添加剂,表面镀有贵重金属银等。其生产技术路线为：按如图所示的工艺流程制备TiO2-TiC复合光催化剂。首先，以TiO2为基体材料，通过超级研磨、浸泡吸附、灼烧处理后制成多孔细粉状初级光催化剂。在等离子体反应器中，利用CH4(甲烷)气体对初级光催化剂进行处理，生成TiC。从而获得高效复合型TiO2-TiC光催化剂。