浅谈环境工程中光催化

刘立林

【摘 要】近年来，光催化一臭氧联用技术在有机废水治理方面显示了广阔的应用前景，已成为高级氧化技术方向的研究热点。本文研究了光催化一臭氧联用技术降解有机物的特性。实验结果表明，光催化一臭氧联用技术对有机物的降解效率大大高于单一光催化和单一臭氧的降解效率，具有一定的协同效应。有机物种类对光催化一臭氧联用技术的协同效应有一定影响，与臭氧反应速率较低的有机物协同效应较显著。

【关键词】环境工程；光催化-臭氧联用技术；有机物

光催化降解技术始于1972年，是近三十年发展起来的污水处理新方法。自70年代末开始，利用光催化降解处理各类污染物废水的研究已有大量的报导。光催化降解技术可以有效地降解多种有机污染物，并将有机物全部矿化為CO2、H2O或毒性较小的有机物，能彻底破坏有机物，达到无害处理的要求。此节总结了光催化降解技术的发展和研究现状，在分析讨论的基础上，探讨了光催化氧化技术的发展趋势，认为光催化降解法是一种很有应用前景的水处理方法。

一、芳香化合物的光催化——臭氧联用降解

芳香化合物广泛存在于化工、染料、农药和制药等工业部门排放的废水中，具有排放量大、难生物降解、有毒性或“三致”作用等特点，常规的处理方法很难获得满意的效果。近几年来，光催化一臭氧联用技术作为新发展起来的新型高级氧化技术，以其适应范围广，氧化处理迅速彻底，处理效率高以及操作简便易于实现自动化等优点而被广泛应用于有机废水，尤其是对生物有较大毒性或难生化降解芳香化合物的治理。

（一）苯胺的光催化——臭氧联用降解

苯胺是一种重要的化工原料，广泛应用于国防、印染、塑料、油漆、农药和医药工业等，同时也是严重污染环境和危害人体健康的有害物质，是一种“三致”物质。由于苯胺对生态生物的毒性，已经被列入“中国环境优先污染物黑名单”中，在工业排水中要求严格控制。目前，国内每年生产苯胺80000t以上，其下游产品有150余种，全世界每年排入环境中的苯胺约为30000t。随着化工工业的发展，苯胺的需求呈明显上升趋势，由此进入环境的量也会越来越多，对环境的毒害也会越来越大。如何减少苯胺对环境的污染，己经逐渐引起了人们的关注。本文采用光催化一臭氧联用技术对其进行降解，并进行条件优化。

（二）石肖基苯的光催化——臭氧联用降解

制药、染料等工业生产过程所排放的废水中，含有硝基苯，它是一种剧毒化学品，属于我国确定的52种优先控制的有毒化学品的一种，具有致癌、致突变或生殖毒性，且难以生物降解，它进入水体会引起水质感官性状态长期严重恶化，给地面水自净过程造成困难，危害人们健康，因此国家对其排放有严格的标准。目前国内一般采用化学氧化法处理硝基苯废水，使用的氧化剂有次氯酸钠、氯气、过氧化氢、臭氧等，有的还采用催化湿式氧化法进行处理。采用上述氧化方法，不是因为投资成本过高，就是因为处理成本较大，给硝基苯废水的工业化应用带来实际困难。

（三）芳香化合物结构对光催化一臭氧联用技术降解性能的影响

国外研究者大多以一种芳香化合物为研究对象，如苯胺、氯代苯乙醛，重在研究降解条件的优化，较少探讨多种典型芳香化合物在同一条件下的降解。通过此研究能揭示有机物结构与其降解活性之间关系的规律，从而有效地预测有机物光催化一臭氧联用降解的可行性，因而对于光催化一臭氧联用技术在环境工程中的应用具有十分现实的意义。本文重点对苯酚、苯胺、氯苯、苯甲酸、硝基苯及苯胺衍生物几种典型的难生化降解芳香化合物进行降解研究，探讨其降解规律和机理，并揭示光催化一臭氧联用技术的降解性能与有机物结构之间的关系。

二、染料及染料中间体的光催化——臭氧联用降解

我国是染料的主要生产国，染料产品达14类近500个品种。年产各类染料达17.5一18万吨，约占世界产品的1/5。由于生产布局分散，点多面广，技术设备和操作管理水平比较落后，致使染料生产中资源消耗量和“三废”排放量都很大。据调查，全国染料行业用水量为3.87亿吨/年，废水排放量为1.57亿吨/年，万元产值废水排放量为4730吨。对生产废水除少数大的染料厂一采用了较为有效的多级处理外，大部分企业只对废水进行一级处理，有的厂家甚至未经任何处理就直接排放。全国染料工业治理率为2.5%，其中治理达标率为42%。

三、梭酸的光催化——臭氧联用降解

梭酸是有机化合物中很重要的一类酸性化合物，它们广泛存在于自然界中。梭酸及其衍生物与工农业生产有密切关系，有许多重要的途径。许多梭酸在有机合成上很重要，可用于合成聚合物。在一元梭酸中，甲酸被用作消毒剂（灭菌剂）、防腐剂、酸性还原剂和橡胶凝聚剂，合成甲酸酷和纤维素酷，也用于印染和皮革工业。乙酸在有机加工中是重要的溶剂，因为不易被氧化，常用作氧化反应溶剂。它是染料工业和

香料工业不可缺少的原料。乙酸还用来合成纤维素乙酸酷、乙酸乙烯酷、乙醉、乙烯酮、氯乙酸等等。在梭酸的制造和使用过程中，部分梭酸最终以溶剂或副产品的形式进入废水中。例如，己内酞胺厂废水、石油化工废水、制药厂废水等都含有可观量的梭酸。一般的含酸废水可以生物法处理，但有些高浓度有机酸性废水属有毒有害难降解废水，难以用一般的生物法或化学法处理，如H酸废水。对此类废水可用光催化一臭氧联用降解技术处理。研究梭酸光催化一臭氧联用降解的另一个理由是为了更好的理解有机物的光催化一臭氧联用降解。因为各种有机物在光催化一臭氧联用降解过程中，一般都要经历形成低分子量梭酸的中间阶段[1]。只有这些中间产物被彻底氧化，才能完成COD的去除。一般来说，低分子量梭酸特别是乙酸是相当难以氧化的，因此在光催化一臭氧联用降解过程中会出现低分子量梭酸的积累。而且梭酸的进一步氧化会成为限制总氧化速率的一个关键步骤[2]。

四、含胺类有机物的光催化一臭氧联用降解

含胺类有机物，广泛存在于工业废水中，而且很多都是有毒物质，有些还是致癌物质，对人、畜和农作物都有危害。其中，苯胺属高毒性物质，与血红蛋白结合成高铁血红蛋白，使之与氧结合能力下降导致动物中毒，长期与该类物质接触还可引起肝癌或膀肤癌。乙醇胺类是生产表面活性剂、医药、农药、聚氨酷助剂、空气净化剂、橡胶加工助剂、纺织助剂、化妆品、化学武器、防冻液助剂产品重要的基础原料。磺胺类药物种类繁多，生产过程副产物复杂，造成磺胺废水水量大，成分复杂，含大量抑菌性有机物，具有高盐分、高有机浓度、高含硫量、高氨氮、高pH值的特征，应用传统活性污泥法处理时，稀释需水量大且出水水质很难达标。而且，含胺类有机物会使废水中氨氮含量增加，导致水体富营养化。因此从工业废水中除去含胺类物质越来越受到人们的关注。因此本文采用光催化一臭氧联用技术对一些含胺类有机物进行降解[3]。

五、结论

综上可知，光催化一臭氧联用技术对实际工业废水有较理想的降解效果。而且该技术对实际废水的降解也存在协同效应，同时具有连续运行稳定性。从经济能耗角度考虑，该工艺适合对低浓度废水进行后处理，或对中等浓度废水进行预处理提高可生化性，为后续生化处理创造条件，而不适宜处理高浓度有机废水。通过上述结论可以看出光催化一臭氧联用技术是一种很有应用前景的水处理技术。

【参考文献】

[1]郭怡秦，郭亚丹，王学刚，梁平，李鹏，李效萌.环境治理技术与光催化组合工艺的研究及应用[J].工业水处理，2017，37（12）：5-10.

[2]王楷，张高科.石墨相氮化碳光催化剂的合成及其在环境工程领域的应用研究进展[J].湖北师范学院学报（自然科学版），2016，36（02）：76-79+99.

[3]张学敏，周北海，袁蓉芳，关欢欢.金属掺杂对纳米管TiO_2光催化去除水中罗丹明B的影响[J].环境工程，2015，33（S1）：958-963.