CN1872716A - 液相等离子体联合负载型TiO2催化处理废水的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的液相等离子体联合负载型TiO2催化处理废水的方法是利用高压脉冲液相放电产生的冷等离子体去除废水中的污染物，在被处理的废水中投加负载含有锐钛矿晶型的二氧化钛的活性炭，二氧化钛的质量负载量为0.2－20.0％，负载二氧化钛的活性炭在废水中的浓度为0.1－2.0g/L。本发明方法操作简便，利用固体氧化物二氧化钛具有极好的光催化特性，能够吸收小于320nm波长的紫外光，激发导带的电子与价带空穴的分离，利用空穴的强氧化作用产生OH·自由基，或直接氧化污染物，同时，联合活性炭对污染物具有较强的吸附作用，提高有机污染物的去除效益。本发明运行成本低。可用于处理难生物降解及有毒有害工业废水和病毒微生物去除净化。

Description

液相等离子体联合负载型TiO2催化处理废水的方法
技术领域
本发明涉及一种处理废水的方法，尤其是液相等离子体联合负载型TiO2催化处理废水的方法。
背景技术
针对目前工业生产中所排放的大量工业废水，其种类繁多，成分复杂，化学需氧量(COD)浓度高，可生化性差，有毒有害等特点，采用常规物化或生化处理技术已很难有效地控制与治理。因此，高级氧化技术成为当今处理难生物降解及有毒有害工业废水的新技术和新方法。
高级氧化技术利用各种活性自由基攻击工业废水中的大分子有机物(或微生物)，破坏其分子结构(或细胞)，从而使有机废水得以净化。但是，由于高级氧化技术存在反应条件苛刻、选择性差、成本高等缺点，致使其在进一步推广上具有一定的局限性和适应范围。CN1673103公开的脉冲液相等离子体电源装置，利用液相电脉冲技术，采用高压脉冲电源产生电压上升时间短(＜100ns)，脉冲宽度窄(＜200ns)的强电压，因而可以在不使电场内的离子加速的情况下，仅使电子加速，从而产生高能自由电子，形成冷等离子体，在水体中激发产生活性物质，降解去除废水中的污染物。此激发过程中同时具有物理效应和化学效应，物理效应可形成紫外光和冲击波，其强度取决于放电的能量；化学效应主要促使活性物质的形成，如：OH·、O·、H2O2、O3等各种活性自由基，因而高压脉冲放电处理废水可利用放电形成的紫外光、冲击波以及活性自由基，形成高能电子、紫外线、臭氧等多因素的协同降解作用，增强处理效果，是集光、电、化学氧化于一体的新型水处理技术。
但是，常规的液电等离子体体系中降解污染物时间较长，能耗较大，对电源和电极都有极大的损耗。同时，液电产生的光瞬间发射出去，没有被水体充分吸收，以致光化学作用对污染物的降解没有被充分利用，此体系中光化学能利用率极低。
发明内容
本发明的目的是提供一种能充分利用液电体系中产生的光能，提高污染物去除率，降低电源能耗的液相等离子体联合负载型TiO2催化处理废水的方法。
本发明的液相等离子体联合负载型TiO2催化处理废水的方法，是利用高压脉冲液相放电产生的冷等离子体去除废水中的污染物，在被处理的废水中投加负载含有锐钛矿晶型的二氧化钛的活性炭，二氧化钛的质量负载量为0.2-20.0％，负载二氧化钛的活性炭在废水中的浓度为0.1-2.0g/L。
本发明中，二氧化钛的最佳质量负载量为1.7％。负载二氧化钛的活性炭在废水中的优选浓度为0.5g/L。
本发明方法简单，操作简便，利用固体氧化物二氧化钛具有极好的光催化特性，能够吸收小于320nm波长的紫外光，激发导带的电子与价带空穴的分离，利用空穴的强氧化作用产生OH·自由基，或直接氧化污染物。同时导带的电子具有还原性。处理废水时，在液电等离子体反应器上施加高压脉冲电压，产生液相冷等离子体，结合二氧化钛的光催化性能，从而产生更多活性物质。同时，利用活性炭对污染物具有较强的吸附作用，联合其表面的二氧化钛的光催化作用，提高有机污染物的去除效益，节约电源能耗。在液相及液相气相混合体系中均提高活性物质产率，更大程度上提高了处理效率，运行成本低，并可以重复利用负载二氧化钛的活性炭。本发明可运用到单一的液相、气相挥发污染物和气液两相混合液电环境下，提高了降解能力，从而大大提高了水体中的活性物质的产生效率，增强水处理效果。本发明可用于处理难生物降解及有毒有害工业废水和病毒微生物去除净化。
具体实施方式
实例1
用本发明方法处理含有对氯苯酚为污染物的废水，废水中污染物的初始浓度为100mg/L，初始pH：6.5-7.0，电导率：3.0-6.0。所用的高压脉冲电源为4-37型高压脉冲电源，运行参数：电压峰值(14.0KV)，脉冲前沿(100ns左右)，脉冲频率：(150Hz)。液下针状电极和板式电极间距为2mm，曝氧气量：100L/h。处理时间为42min。在此条件下，投加负载含有锐钛矿晶型的二氧化钛的活性炭(AC/TiO2)，其在废水中的浓度为0.2g/L。负载TiO2的活性碳颗粒的直径为55-110μm，二氧化钛的质量负载量为1.7％。
表1给出了实例1投加负载二氧化钛的活性炭、没有投加负载二氧化钛的活性炭和仅投加活性炭的液电体系对废水处理效果和能效的比较。
表1
  污染物 负载二氧化钛催化剂 投加浓度(g/L) 反应速率常数，K4-CP，(×10-3S-1) 去除能效(g/kW·h)
  对氯苯酚   AC/TiO2   0   1.56   0.92
  AC   2.0   1.86   1.10
  AC/TiO2   2.0   3.23   1.90
由表1可见，投加负载TiO2的AC的体系中的反应数率常数(拟一级动力学方程)比没有投加负载二氧化钛的活性炭和没有投加活性炭的体系均提高了107.1％。投加负载TiO2的AC的体系中的去除能效(即去除初始浓度的50％时的能量消耗(g/KW·h))比没有投加负载二氧化钛的活性炭和没有投加活性炭的体系均提高了107.1％，并且投加负载TiO2的AC的体系中的反应数率常数和去除能效比投加AC的体系均提高了73.7％。

Claims (3)

1.液相等离子体联合负载型TiO2催化处理废水的方法，利用高压脉冲液相放电产生的冷等离子体去除废水中的污染物，其特征是在被处理的废水中投加负载含有锐钛矿晶型的二氧化钛的活性炭，二氧化钛的质量负载量为0.2-20.0％，负载二氧化钛的活性炭在废水中的浓度为0.1-2.0g/L。
2.根据权利要求1所述的液相等离子体联合负载型TiO2催化处理废水的方法，其特征是二氧化钛的质量负载量为1.7％。
3.根据权利要求1所述的液相等离子体联合负载型TiO2催化处理废水的方法，其特征是负载二氧化钛的活性炭在废水中的浓度为0.5g/L。
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