高级氧化技术在水处理的研究进展

黄金柯

摘要：随着地球上水资源逐渐匮乏，人们对水处理技术提出了更高的要求。在众多水处理技术中，高级氧化技术对工业生产废水的降解效果显著。本文对Fenton氧化法、光催化氧化法、臭氧氧化法和湿式氧化法等高级氧化技术在水处理领域的研究进展和应用作出了全面性叙述，并且对高级氧化技术处理废水的降解机理进行研讨，对各种高级水处理技术应用的缺点进行分析，使高级水处理技术造福于人类。

关键词：高级氧化技术；废水处理；研究进展

1 概述

高级氧化技术（AOPs）起源于20世纪80年代，这种氧化技术需要在一定的外界作用下才能进行，如紫外灯照射、高温、辐射等，在特定外界条件下可以产生具有强氧化性的自由基，该自由基可以与高分子大分子化合物等难以降解的物质发生化学反应，将其降解成一些低毒、甚至无毒的有机小分子或无机化合物，如二氧化碳、水等。与传统氧化技术相比，高级氧化技术具备降解速率快、反应条件温和、废水处理效果显著等优点，具有很好的使用前景。

2 几种应用广泛高级氧化技术

2.1 Fenton氧化技术

法国科学家H.J.Fenton于1894年发现Fe2+和H2O2在酸性条件下氧化苹果酸生成的Fe3+，反应发生后沉淀时，还能够有效的去除有机物，其降解机理为Fe2+和H2O2在一定条件下，生成Fe3+与羟基自由基，生成的再与废水中的有机化合物作用，降解为无机小分子等。·OH具有强氧化性，氧化还原电位高达2.80V，仅次于F2的2.87 V，能够将水中几乎所有的有机物氧化，甚至矿化，且不产生二次污染。

Fenton法具有降解速度快、反应条件温和、设备投资小等优点。但是降解反应物利用效率不高，水中含有大量的Fe2+和H2O2，很难多次使用或者分离，致使降解反应不理想，且在降解过程中会生成大量的含铁泥垢，造成污染。因此，Fenton氧化法常常与其他氧化技术联合使用或者应用于深度废水处理方面。近年来，人们开始研究其他化合物替代Fe2+，或将Fe2+与壳聚糖、高岭石、石墨烯等生成特殊结构的复合物来降解废水，降解率高达90%以上，降解效率明显，且催化剂可回收利用多次，提高了催化剂回收使用率。

2.2 臭氧氧化技术

目前臭氧不仅应用于漂白剂、除臭剂和除色剂等，而且在废水处理方面也有很好的应用。臭氧作为一种强氧化剂，对污水处理具有降解速率快、化学反应条件温和，而且与Fenton法相比不会造成二次污染等優点。其降解机理目前认为有两种：（1）臭氧在特定条件下可以与废水直接发生氧化反应来降低废水中有机物。（2）臭氧在一定条件下在水中生成强氧化性自由基，生成的自由基再与废水中的有机物发生化学反应生成小分子。

2.3 光催化氧化技术

最初光催化氧化技术是研究人员发现TiO2单晶电极在光照条件下发生化学反应，生成氢气和氧气。光催化氧化技术的降解机理也是生成氧化性很强的自由基，生成的自由基再与废水中的有机物发生化学反应，降解为无机小分子或离子，如二氧化碳、氯离子、和水等。TiO2光催化氧化技术的降解机理如下所示：

光催化氧化技术与其他氧化技术相比，其优点也十分明显，但是光催化氧化技术的催化剂固载困难、量子效率低。TiO2、ZnO、WO3、CdS、ZnS、SnO2 和 Fe3O4 等是光催化氧化技术常用的催化剂，TiO2因其低价无毒、稳定性能好，常常用于光催化剂。Xu等采用溶胶-凝胶法制备了三维石墨烯-TiO2复合材料应用于催化降解亚甲基蓝，结果表明石墨烯与TiO2协同作用提高了光催化降解性能，降解产物为无机小分子与一些无机离子，同时验证了反应机理是在光照条件下，生成了羟基自由基参与降解反应。Yang等采用水热合成法合成TiO2负载氧化石墨烯复合物光催化降解对硝基苯酚，结果表明，光照150分钟之后，TiO2负载氧化石墨烯复合物的催化降解活性明显高于TiO2，且复合物不仅在紫外光下具有良好的降解效果，同时在可见光下的降解性能也十分优秀，降解去除率达到96%，远远高于P25的39%，提高了对太阳光的利用率。Ma等发现负载纳米Au的 TiO2对亚甲基蓝的光催化降解率为纯TiO2的2倍。且催化剂可回收利用至少3次，提高了催化剂的使用效率。

2.4 湿式氧化技术

对于高浓度的废水的处理，湿式氧化技术对废水有机物的降解效果十分明显。湿式氧化技术是以空气作为氧化剂，它对反应条件要求较高，反应温度在150～325℃之间，反应压力在0.5～20 MPa之间，将废水中的有机化合物降解生成无机小分子。

3 结束语

高级氧化技术对与废水中难以处理的污染物，如高分子大分子化合物有很好的降解效果，同时，它在降解化学微量化合物的效率极其良好，能够将有机化合物完全降解。高级氧化技术具有降解效率快、无二次污染、氧化性能强等优点，目前已经广泛应用于各种废水降解方面。近年来，随着人们对降解机理不断深入研究，对催化剂的回收处理以及对设备成本的缩减，可以预见在未来生活里，高级氧化技术将会在各行各业里有着更加广泛的应用，同时，随着高级氧化技术的组合技术的深度开发，也会产生新的理论和技术，使其各尽所长，尽快造福于人类社会。

参考文献

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（作者单位：深圳市宏森环保科技有限公司）