有机污染物方法处理研究

杨 沫，田 鹏*，黄 涛

(1.沈阳师范大学 化学化工学院 能源与环境催化研究所，辽宁 沈阳 110034；2. 沈阳师范大学 物理科学与技术学院，辽宁 沈阳 110034)

有机污染物方法处理研究

杨 沫1，田 鹏*1，黄 涛2

(1.沈阳师范大学 化学化工学院 能源与环境催化研究所，辽宁 沈阳 110034；2. 沈阳师范大学 物理科学与技术学院，辽宁 沈阳 110034)

随着我国工业的不断发展以及人们生活水平的不断提高，出现了各种各样污染物，其中有机污染物尤其严重。有机污染物多以高分子的形式存在于废水、污水中，其毒性也是相对较大的。为了使人们在未来处理有机污染物更加的便捷、高效、节能。我们利用超声波等方法对有机污染物进行降解，而其中二氧化钛是较好的催化剂。

污染物；超声波；降解；二氧化钛

随着工业的飞速发展，工业生产的大量副产物随之产生，包含了各种各样的污染物[1]。这对我们的生活环境造成很大的污染。其中以废水污染和废气污染最为严重，已经严重破坏的地球上的生态平衡。而工业废水中，印染行业中的染料废水污染最为严重。根据《染料索引》中的记录，现有数万种颜料和染料，这些染料颜色各异，结构十分复杂，大部分以高分子形式存在于废水中，毒性很大，对水体污染严重，其结构不易被破坏且生物降解性能低。传统的降解方法已经不能解决这些工业废水中的染料。

目前，在治理工业废水，尤其是染料废水上，主要采用化学法，物理化学法和生物法，例如吸附法，化学混凝发，内电解法，氧化法，生物絮凝法和等[2]。传统的污水处理方法在处理有机污染物，会遇到很多技术上的限制，造成资源浪费或二次污染。例如，吸附法只适合能被活性炭等物质吸附的污染物，对于很多污染不适用；絮凝法多以亚铁盐或铝盐为材料，费用过高；电解法对于酸性有机污染物处理效果较佳，但需要消耗大量电能；所以人们在探索一种新的方法来解决有机污染物的降解问题。氧化法是目前比较有效且实用的污水处理方法，超声波正是氧化法中一种良好的处理手段，逐渐取代造价高的传统方法。

在各种处理工业废水的材料中，纳米材料异军突起，逐渐成为全球研究热点。纳米材料种类繁多，其中纳米二氧化钛是一种广泛应用于废水处理的材料。纳米二氧化钛具有稳定的化学性质，良好的催化性能，制备方法简单，适合批量生产用于工业产生的有机废水污染物的降解，并且不会对环境造成二次污染[3]。

1 超声波在降解中的应用

1.1 超声波原理

国内外学者都很重视超声化学这个新兴的超声学和化学相交叉的学科，它可以加快化学反应的速度，提高化学反应的产率。超声波在近几十年内发展的十分迅速。超声波的频率超过了2000Hz，由于它的频率非常的高，一般的普通声波都具有能量性，束射性等，而超声波相较于普通声波来讲它具有更好的束射性，更大的能量，更强的功率，超声波这些更好的性质使得它在很多的方面都能起到很好的作用[4-6]，它可以使介质的质点产生很明显的声压作用。目前超声波的原理还没有一种很明确的说法，根据大量研究报告说明，超声波的发生机理大概有两方面的作用。

空化作用：在超声波穿过溶液介质中时，在超声波负压下溶液分子会比较稀散导致溶液的密度相对较小，在这种情况下溶液会发生断裂，产生一些很微小的气泡，气泡慢慢的长大变成了空化泡，而它会使溶液分子比较紧密导致溶液的密度变大的正压条件相互作用，在这个很短时间的过程中，有一部分的空化泡会溶解到原来的溶液中去，还有一部分会浮出溶液然后消失。当溶液负压达到一个最大值时，这些空化泡会互相挤压，使得它们的体积都变小，最后空化泡内的压强支撑不了空化泡的存在，就使得空化泡很迅速的崩溃破裂。在空化作用的过程中空化气泡产生的能量使空化内部的温度升高，这一过程符合诺尔廷克-纳普里亚斯方程

TC=T0(R0/R)3(γ-1)

其中R是空化作用后的空化泡半径，R0是空化作用前的初始半径，TC是空化作用后液体的温度，T0是空化作用前液体的温度，γ是空化泡内气体的热容比。

自由基作用：在超声作用下，超声波穿过溶液时产生空化作用，溶液断裂有空化泡出现，在空化泡中的水蒸气离解：

在溶液中充满了·OH和H2O2，这就为整个体系创造了一个很好的环境，可以使反应速率加快，促进化学反应的进行。

1.2 超声波在降解中的应用

在20世纪80年，超声波已经开始应用于降解有机污染物[7]。有机污染物难分解，结构复杂，易致癌，致畸性，致突变。 关于超声波降解水体中的有机污染物的反映机理，主要有两种说法：一种是羟基自由基的氧化，另一种为高温热解。

亲水且不易挥发的物质主要是通过羟基自由基氧化而被分解，憎水且易挥发的物质，则是两种机理同时作用[8]。当液体中的气泡受到一定频率超声波辐照时，气泡瞬间崩溃放出大量热能，瞬间温度达到1900到5200K，由于气泡的崩溃，同时也产生了极高的压强。高温高压的极端物理环境下，气体和液体的界面处产生大量强氧化性物质，这些物质氧化了难分解的有机污染物，将其分解为小分子化合物。

传统的降解有机污染物方法，大多会对环境造成二次污染，且成本高，不适合继续应用于降解新的有机污染物。超声波对环境不会造成二次污染，相较于其他处理有机污染物的方法，成本低廉，容易操作，应用非常广泛，逐渐成为主要的污水处理方法。

2 二氧化钛在降解中的应用

2.1 二氧化钛的制备方法

二氧化钛的制备主要分为气相法和液相法。气相法中又分为气相水解法、气相氧化法、气相氢氧火焰法、以及气相热解法。液相法分为溶胶凝胶法、化学沉淀法、水解法和水热法等[9]。

2.2 二氧化钛的在降解中的应用

纳米二氧化钛应用前景十分广阔，是新兴的无污染纳米材料。具有良好催化性能，广泛用于各行各业。目前，在光催化分解有机污染物领域，多为纳米TiO2为催化剂。在光催化降解过程中，二氧化钛不单纯是催化剂，它还是反应参与者。

在紫外光源照射下，二氧化钛与水产生具有极强氧化能力的羟基自由基，最终可使有机物完全降解生成H20等简单无机分子或离子[10-11]。但紫外光对透明性能差的物质的穿透力很低。用紫外光源降解有机污染物时，常受到污染物透明度的限制，超声波则可以很好的突破这个限制，超声波的穿透能力远远高于紫外光。国内外已有利用超声波降解有机污染物的报道[12-13]。在二氧化钛催化光降解污染物的基础上，进一步探讨了二氧化钛催化超声降解有机污染物。选择了具有代表性的染料分别进行大量实验，得到的实验结果结合超声波以及二氧化钛本身的性质[14]，得到二氧化钛催化超声降解有机污染物的最佳条件，并试着探讨其反映机理。

[1] 盛 力. 臭氧氧化染料废水脱色的动力学研究[J]. 中国现代教育装备,2009(5)：33-34.

[2] 齐普荣,王光辉. 光降解偶氮染料的研究进展[J]. 染料与染色,2007,44(2)：1-4.

[3] 黄惠莉,黄妙良,蔡阿娜，等．二氧化钛光催化降解处理染料废水[J]. 化工环保,2002, 22(2)：85-87.

[4] 韩华颖,刘毅慧,杨凤林,等. 超声波与其他技术联用在水污染控制中的研究现状[J]. 环境污染治理技术与设备,2003,5(4): 52-55.

[5] Hugo Destaillats, Hui-Ming Hung, Michael R. Hoffmann.Degradation of alkylphenol ethoxylate surfactants in water withultrasonic irradiation[J].Environmental Science and Technology, 2000, 34: 311-317.

[6] Sridevi Goskonda W, James Catallo, Thomas Junk. Sono-chemical degradation of aromatic organic pollutants[J]. Waste Management, 2002,22: 351-356.

[7] 王 坤,邹学权. 有机污染物的超声波降解技术[J]. 污染防治技术,2004,17(4): 19-22.

[8] 赵德明,丁 成,徐新华. 超声波降解全氟辛烷磺酸和全氟辛酸的动力学[J]. 化工学报, 2011,62(3): 829-835.

[9] 肖小明,李洪青,邹华生. 超声波降解有机污染物的研究与发展[J]. 环境科学与技术, 2003,26(S2)：84-86.

[10] 王 君,韩健涛,张向东. SiO2掺杂TiO2催化超声降解甲基橙溶液[J]. 安全与环境学报, 2004,15(1): 27-29.

[11] 于会文,马 腾,张朝红. 纳米金红石型TiO2催化超声降解对硫磷[J]. 农药, 2006,45(7): 481-483.

[12] 杜文乐,田 鹏,鲁 捷. 二氧化钛催化超声降解玫瑰红[J]. 沈阳工程学院学报(自然科学版), 2012,8(4)：369-371.

[13] 张 刚,康艳红,殷丽萍. 煤灰的环境效应研究[J]. 沈阳师范大学学报(自然科学版),2015,33(1)：125.

[14] 崔义慧,唐梦泽,李玲美,等. 低温制备TiO2对碱性品红光催化性能的研究[J]. 沈阳师范大学学报(自然科学版),2016,34(1)：70-73.

致谢：辽宁省高校重大科技平台“能源与环境催化工程技术研究中心”。

(本文文献格式：杨 沫，田 鹏，黄 涛.有机污染物方法处理研究[J].山东化工，2017，46(04)：150-151.)

Study on the Treatment of Organic Pollutants

YangMo1，TianPeng*1，HuangTao2

(1.College of Chemistry and Chemical Engineering, Institute of Catalysis for Energy and Environment,Shenyang Normal University, Shenyang 110034, China;2.College of Physics Science and Technology, Shenyang Normal University, Shenyang 110034, China)

With the continuous development of China's industry and the continuous improvement of people's living standards, there has been a variety of pollutants, of which organic pollutants are particularly serious. Organic pollutants in the form of macromolecules in wastewater, sewage, the toxicity is relatively large. In order to make people in the future to deal with organic pollutants more convenient, efficient and energy saving. We use ultrasonic and other methods for the degradation of organic pollutants, of which titanium dioxide is a better catalyst.

pollutants; ultrasonic; degradation; titanium dioxide

2017-01-10

辽宁省自然科学基金(项目批准号：2015020241)

杨 沫(1991—)，女，辽宁葫芦岛人，沈阳师范大学硕士研究生；通讯作者简介：田 鹏(1967—)，辽宁沈阳人，沈阳师范大学教授，博士，硕士研究生导师。

X7

A

1008-021X(2017)04-0150-02