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高级氧化技术用于油田废水处理的研究进展

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高级 氧化 技术 用于 油田 废水处理 研究进展
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高级氧化技术用于油田废水处理的研究进展发布:多吉利 来源:高级氧化技术用于油田废水处理的研究进展摘要:综述了近10年来含难降解有机物质的油田废水(钻井废水和采油废水)处理中各种高级氧化(深度氧化)技术的研究与发展,包括光化学氧化、超声化学氧化、电催化氧化、剂氧化及超临界水氧化等5种技术,叙迷了每种技术的原理、特点、研究进展及用途。关键词:难降解有机污染物;油田废水;废水处理;高级(深度)氧化法;综述O 序言高级氧化技术(简称 称深度氧化技术,是运用氧化剂、电、光照、催化剂等在反应中产生活性极强的自由基(),再通过自由基与有机化合物间的加合、取代、电子转移、断键、开环等作用,使废水中难降解的大分子有机物氧化降解成为低毒或者无毒的小分子,甚至直接分解成为 2O,达到无害化的目的。高级氧化处理技术作为物化处理技术之一,具有处理效率高、对有毒污染物破坏彻底等优点而被广泛应用于有毒难降解工业废水如制药、精细化工、印染等有机废水的处理中,已经逐渐成为难降解废水处理研究的热点,目前主要包括光化学催化法、超声化学氧化法、电催化氧化法、超临界氧化法、田废水作为石油工业主要污染源,主要包括采油污水和钻井污水。我国各油田地质条件、开发方式、注水水质、集输工艺等不同,采油污水和钻井污水的性质差异很大。在钻井过程、原油脱水、集输、污水处理过程中使用许多无机、有机化学处理剂,油水井堵水调剖、酸化、压裂等措施可能使油田废水含有大量的有机物,已进入三次采油阶段的油田,聚合物驱和复合驱采出水中含有大量聚合物和表面活性剂,使污水中油的乳化程度加剧。油田废水水质的日益恶化使处理后水质很难达到外排标准或注水水质要求。目前高级氧化技术在油田废水处理中的应用研究尚处于起步阶段,加强开展油田废水高级氧化技术的研究显得十分重要。本文概述国内外有关高级氧化法(理油田废水的原理、特点和应用进展。1 光化学氧化法光化学氧化法是近2O 多年来发展迅速的一种高级氧化技术。是一种环境友好的催化新技术,化能力强、适用范围广,利用该法处理难降解毒性有机污染物已成为国内外研究的热点。自然光中的部分近紫外光(290~400 易被有机污染物吸收,在有活性物质存在时即发生强烈的光化学反应,使有机物降解。由于反应条件所限,光化学氧化降解往往不够彻底,易产生多种芳香族有机中间体,成为光催化氧化需要解决的问题。而光化学氧化和光催化氧化剂结合,可以大大提高氧化效率。根据使用的光催化氧化剂的不同,可以分为均相光催化氧化和非均相光催化氧化。目前在大庆油田等地已开展了非均相光催化氧化的可行性研究及应用。利用光照射某些具有能带结构的半导体光催化剂如 03等,可诱发产生羟基自由基( 在水溶液中,水分子在半导体光催化剂的作用下产生氧化能力极强的’由基,可以氧化分解各种有机物。在实际应用中,溶无毒、价格低,在催化去除难生物降解污染物方面得到了广泛应用。从含有表面活性剂的采油污水中去除乳化油的难度大,处理的关键在于消除油水界面膜上的表面活性剂,使油滴发生重排、聚集而分离。处于油水界面层的半导体 乳化油破乳,从而去除石油类等污染物。陈颖、张海燕等针对油田含油污水中石油烃类的特点及催化剂在污水中存在的形式,采用结构不同的半导体 讨了光催化处理含油污水的可行性,考察了催化剂的种类、用量、污水浓度、以及与 果表明,光催化法适合处理低浓度含油污水,催化剂粒度越小、锐钛矿型晶型含量越高,则光催化降解汕的活性越强;污水初始 油的降解率越高;当 相同的光照时问条件下油的去除率可提高5% ~太阳能与人工光源并用处理现场低浓度含油污水时,光照2.5 h 可使污水中油的去除率达到99%以上。采用 2光催化体系降解巴西 得了令人满意的效果。崔振峰等的研究表明,在 肪烃类的光催化降解速率随分子量增大而降低,掺银的 号柴油在光降解过程中一般是低馏分小分子量烷烃先降解并迅速消失.经12 h 光照后,0号柴油可被完全降解。万里平等 J 制备了改性膨润土负载 利用自然光实现对油田不同作业废水的处理。在水样 为3.0,%,光照时间为3 h,充气量为15 L/,对四川川中矿区钻井废水的 %;对南阳油田压裂废水的 %。陈士夫等利用空心玻璃球负载 375 W 高压汞灯照射下,80 甲苯的去除率可达100% ,120 正十二烷的光催化去除率达93.5%。方佑龄等用硅偶联剂将纳米 以辛烷为代表研究了水面油膜污染物的光催化分解,也取得了令人满意的效果。赵文宽 l 以火力发电厂粉煤灰中的漂球为载体,钛酸四丁酯为原料,制备了一种漂浮负载型 于处理马来西亚产的原油,紫外光照射处理16 h 可降解石油75.2%;直接太阳光照射(武汉,7月)64 h 可使95%的石油降解。当前,光催化技术的主要缺点是光生电子与空穴较容易复合,光催化的光量子效率较低。实际油田废水中污染物种类繁多,特别是其中所含的高浓度 研究发现 H 有明显的猝灭作用,可能会大大降低催化效率。2 超声化学氧化法超声化学氧化法利用超声空化效应产生的高温、高压降解水中的有机污染物。在超声波作用下气泡与水界面处可产生高达2000K 的高温,但持续几微秒后该热点随之冷却,温度变化率达109K/s,并伴有强烈的冲击波和时速高达400 km/h 的射流,这样的环境可以使高能化学键发生断裂,引起“水相燃烧” 。在超声空化过程中,进入空化泡中的水蒸气在高温和高压下发生分裂及链式反应,产生‘ 空化泡崩溃后‘ 挥发的有机物可进入空化泡内进行类似燃烧化学反应的热解反应,不易或难挥发的有机物在空化泡气液界面或本体溶液中同‘ 前超声化学氧化法已成为一种极具前景的深度氧化技术。当前的主要问题是如何提高声能的利用效率,避免有毒中间体或产物的产生。另外,超声降解与其他降解技术相结合的技术,也具有很大的发展潜力。如将超声降解与化学氧化、电化学氧化、光催化降解或吸附等技术有机结合,可充分利用超声波的化学效应和机械效应。夏福军等在不改变目前油田现场“沉降一过滤”传统污水处理工艺的条件下,在沉降前增加超声波处理,发现超声波对大庆汕田聚合物驱含油污水中的油珠有聚结作用,可加速油珠聚并。当超声波功率为1000 W 时,除汕率可达到85.8%,功率为600 W、沉降时间为18 ,除油率比空白平均提高17.9% ,超声波可明显改善聚合物驱含油污水的处理效果。胡松青发现,单纯的超声波处理对油田含油污水中 若与纳米 明显提高污水中 去除率,处理65 除率大于46.8% 。3 电催化氧化法电催化高级氧化法(最近发展起来的处理有毒难降解污染物的新型有效技术。电催化降解有机物的机理是:在电场的作用下,通过有催化活性的电极反应直接或间接产生’’难生物降解的有机物转化为可生物降解有机物,或使难生物降解的有机物“燃烧”而生成 2O。该方法因具有处理效率高、操作简便、与环境兼容等优点而引起了研究者的广泛关注,但受电极材料的限制,降解有机物的电流效率低、能耗高,难以实现工业化。目前国内外研究重点集中在探索催化活性高、综合性能好的电极材料方面。开采海洋油田时产生的废水含有苯系衍生物和多环芳烃化合物及氯离子,传统处理方法很难使其 海涛等采用钛基钉铱锰锡钛多元氧化物涂层电极作阳极,钛作阴极,用电化学氧化法处理某海洋油田废水,电化学氧化度为75.13%。在电化学副反应产生的 化学降解产生的部分中间有机物可进一步降解,废水中的 理后的 996)规定的一级排放标准要求以下。王永广等用电解一 1 h 反应后含油废水中 油量、细菌总数的去除率分别在9O%、95%、99%以上,反应中形成的 H),物质经过絮凝和酸度调节后可重复使用。陈武等 l 20_探讨三维电极降解油田模拟废水中 用细胞色素 2H 自由基的存在,从而为电化学氧化法用于油田废水处理提供了理论依据。光电催化是最近开发的一种新技术,它将光催化与电化学有机结合,可有效地克服光催化中光生电子和空穴发生复合,同时光电催化技术可有效地抑制 大提高光电催化降解有机污染物的效率。李桂英等以高压汞灯为光源,考察了光催化、电氧化、光电催化及光电催化/相同的槽电压和反应时间下,光电催化体系降解有机污染物的效率均高于电化学氧化和光催化体系,在电氧化和光电催化氧化体系中均检测到有一定量的活性氯产生。活性氯可以大幅度提高有机污染物的降解效率。4 中 要是反应的催化剂,而 产生的’有很高的氧化电位(2.8 V)。在降解有机物时, 。发链反应并最终将有机物氧化为简单分子 对于难降解有机废水的处理十分成效。生的‘迅速降解多种有机物,提高废水的可生化降解性;反应不会造成二次污染;的来源丰富,体系价格低,处理费用低,可以获得较好的经济效益。周厚安等认为,剂催化氧化工艺可彻底解决高浓度钻井废水处理中 一种在技术经济上可行的有效方法,尤其适用于钻井中后期使用磺化钻井液或聚磺钻井液时产生的钻井废水的处理。其工艺具有处理效率高、适应范围广、操作方便、药剂来源广等优点。马文臣等采用 现 尔比、和反应时间对废水 尔比为4、、为2.5~ 5.5、反应时间为90 最佳控制条件下,除率可达82%,色度去除率为98.5%,出水达到国家标准 996规定的一级排放标准。鲁红升提出了类 察了 应条件、反应时间等单因素对处理效果的影响,确定了处理工艺最佳操作条件为:在通入氧气的前提下,,0 ,.5,反应时问80 条件下废水中的主要污染物指标 张铁锴等通过对油田聚合物驱产出水特性的研究,指出处理油田聚合物驱污水的关键是去除污水中的聚丙烯酰胺,而 聚丙烯酰胺、200:1.65条件下,处理后污水中聚丙烯酰胺残存率在 下,处理每吨污水的总运行费用小于2元。另外,紫外光( 有以下明显的优点:①用量降低,可保持较高的过氧化氢利用率;②紫外光和亚铁离子对过氧化氢的催化分解有协同作用,即 分解速率远大于 2金库等用 体系 、、 浓度700 、反应温度30~40℃ 、反应时问90 ,除率达95%以上,紫外光、草陡盐和氧气可起协同增效作用,低 法处理后的污水可满足油田污水排放标准。5 超临界水氧化法超临界水氧化法(一种新型高效、快速的废水和废物处理技术,我国月前对该技术的研究尚处于起步阶段。它利用超临界水(T≥374.2C,P≥22.1 为氧化有机物的介质,气体、有机物完全溶于水相中,气液相界面消失,形成均相氧化体系。该体系的黏度低、扩散性高、流体传输能力得到改善。非极性有机物质可溶解在超临界水中,与添加的氧化剂发生单相反应并转化为 20,其他取代原子如、P 等会相应转化为 23方法具有反应速度快、处理效率高、对难降解有机物的处理具有独特的效果并兼有不产生二次污染等优点。王亮、赵朝成等利用间歇式超临界水氧化反应装置进行了含油废水的超临界水氧化工艺的研究,结果表明反应压力对 度、时间是影响有机污染物降解率的主要因素;随着反应时间的延长和温度的升高(除临界点附近外),有机物的(除率可明显增加,在反应时间为90 s 时含油废水中 上,由280.8 降低到150 左右。胜利油田东辛采油厂的间歇式超临界水氧化反应装置设计容积500 计最高温度525℃ ,最高压力30.399 核心部分是一个由不锈钢制作的带电磁搅拌的高压反应器,采用智能型控制器控制温度、搅拌强度、加热功率,搅拌速度在0~1000 r/围。现场的运行实践表明,超临界水氧化反应压力在240~280 为合适。超临界水氧化技术可有效地深度处理含油污水,符合石油工业对含油废水处理的环保和工业应用要求。当前主要问题是高压反应器的腐蚀比较严重,这是超临界水氧化技术工业化急需解决的主要障碍之一。6 油田应用前景关于高级氧化技术在油田废水处理中应用的研究大都处于初期可行性研究阶段,无论在深度还是广度上都还不够。目前,我国东部油田经过多年的注水开发,特别是三次采油技术的应用,油田采出水的性质发生了很大变化,处理的难度大大增加,加之石油废水排放要求日益严格,油田常用的水处理技术已表现出极大的不适应性,这给高级氧化技术在油田废水处理中的应用提供了契机。该类技术用于处理石油工业有机废水时具有氧化能力强、反应快、去除效率高,处理装置占地面积小等优点,但有技术条件苛刻、投资高、反应器复杂等缺点,无法满足大规模处理石油工业废水的要求,而且某些条件下可能产生的中间产物和氧化产物对环境的危害更大。目前该类方法仅用于难降解有机工业废水生物处理的预处理或后处理,后的一个重要发展方向,是此项技术和生物处理、化学技术的有机结合,几种高级氧化技术联合使用。高级氧化技术工业化装簧的设计与运行依赖于其他学科的发展,新型高效的难降解有机废水处理设备的开发,应结合相关科学技术的发展。光化学及光催化氧化法是目前研究较多的一项高级氧化技术。所谓光催化反应,就是在光的作用下进行的化学反应。光化学反应需要分子吸收特定波长的电磁辐射,受激产生分子激发态,然后会发生化学反应生成新的物质,或者变成引发热反应的中间化学产物。光化学反应的活化能来源于光子的能量,在太阳能的利用中光电转化以及光化学转化一直是十分活跃的研究领域。   光催化氧化技术利用光激发氧化将 2氧化剂与光辐射相结合。所用光主要为紫外光,包括 工艺,可以用于处理污水中氯联苯等难降解物质。另外,在有紫外光的 系中,紫外光与铁离子之间存在着协同效应,使 解产生羟基自由基的速率大大加快,促进有机物的氧化去除。 编 辑 本 段 分 类光降解通常是指有机物在光的作用下,逐步氧化成低分子中间产物最终生成2O 及其他的离子如 机物的光降解可分为直接光降解、间接光降解。前者是指有机物分子吸收光能后进一步发生的化学反应。后者是周围环境存在的某些物质吸收光能成激发态,再诱导一系列有机污染的反应。间接光降解对环境中难生物降解的有机污染物更为重要。   利用光化学反应降解污染物的途径,包括无催化剂和有催化剂参与的光化学氧化过程。前者多采用氧和过氧化氢作为氧化剂,在紫外光的照射下使污染物氧化分解;后者又称光催化氧化,一般可分为均 相 和非 均 相 催化两种类型。均相光催化降解中较常见的是以 过 应产生 ·污染物得到降解,非均相光催化降解中较常见的是在污染体系中投加一定量的光敏半导体材料,同时结合一定量的光辐射,使光敏半导体在光的照射下激发产生电子附在半导体上的溶解氧、水分子等与电子- 空穴作用,产生·氧化性极强的自由基,再通过与污染物之间的羟基加和、取代、电子转移等式污染物全部或接近全部矿化。催化剂时间:20099:21来源: 宏娇(武汉科技大学 )摘要:综述了 催化剂 的制备方法及提高光催化效率的途径;纳米 在环境保护中的应用 ,提出光催化技术目前存在的问题及发展方向。关键词:光催化; 废水处理; 应用 利用光能 分解水的实验。1976年,道了 氧化法用于污水中 合物脱氯去毒的成功 结果后,半导体 气 净化和抗菌方面的研究广泛开展起来,抗化学和光腐蚀、性质稳定、无毒、催化活性高、价 廉等特性,对难降解的有机物具有很好的降解作用, 能处理多种有机和无机污染物,因此, 具有广阔的应 用前景。1 型半导体 ,能带和导带之间的带 紫 外光,当被该紫外光照射时,处于能带上的电子被激 发到导带上,生成高活性的电子 能带上产生 带正电荷的空穴 h+。水接触, 水分子和被溶 解的氧与产生的 h+,成强氧化性的 h+解为 2O 等无机物。同时,有强还原 性,还可将无机物高氧化态的氧化物或贵金属离子 还原成低氧化态的氧化物或单质,或将低价离子氧 化成高氧化态的氧化物沉淀出来 ,达到治理和回收 的目的。2 相法。气相法包括气体冷凝法、活性氢应法、溅射法、流动液面上真空蒸镀法、通电加热 蒸发法和混合等离子法;液相法包括沉淀法和溶胶- 凝胶法、微乳液法、水热合成法等。 目前广泛使用的 ,催化效率高,外光,这部分光辐射到地面仅占光辐射总量的4% 左右。所以,目前均采用人工光源,有能耗大的问题。 如果能将光催化剂的光谱利用范围扩展到可见光 , 则可使设备投资和运行成本大大降低。因此,将光催 化有效波长扩展到可见光区的研究引起了国内外科 学家的高度重视,已成为近年来光催化研究的热点 课题。目前常用的改性方法有以下 2种: 一种是对催 化剂进行表面改性;另一种是将催化剂制成纳米材 料。改性后的 将可利用光谱从紫外光区扩展到可见光区 ,体 现出了越来越多的优越性。近年来科学工作者们一直在致力于研究 催化剂的改性处理方法上 ,并做了大量的理论和 实用研究,研究中主要的改性方法有:表面光敏化、 半导体的金属离子掺杂、复合半导体、非金属掺杂、 贵金属沉积、面处理、复合薄 膜、聚合物改性及碳黑造孔等。3 水中有机污染物的降解有机化合物废水处理常规方法有吸附法、混凝 沉降法、生化法等,但这些常规的处理法目前很难达 到去除难降解有机物的目的,即使降解了,也易造成 二次污染。现在正在发展中的 深度氧化技术,可以解决这个难题。大量研究证 明,该技术对水中染料、卤代脂肪烃、卤代芳烃、有机 酸、硝基芳烃、杂环化合物、烃类、酚类、表面活性剂、 农药等都能有效地进行光催化反应,生成 2O 等无机小分子,可以完全达到无机化的目的,从而消除其对环境的污染。料废水处理染料废水碱度高、色泽深、臭味大,并且还含有 苯环、胺基、偶氮基团等致癌物质 ,一般的生物化学 法对于水溶性染料的降解效率很低,且易造成二次 污染。近年来, 用光催化降解染料效果甚好,大多数 染料的去除率可达95%以上。并且染料本身也是一 种光敏化剂,它的存在,不但提高了光催化效率,也 可直接利用太阳光来处理染料废水。药废水处理农药废水主要是除草剂、有机磷农药、三氯苯氧 乙酸,。其特性表现为:污染性大,是难于降解的有机物。采用光催化虽然不 能使所有的污染物完全矿化,但不会产生毒性更高 的中间产物,是其它方法无法相比的。油废水处理含油废水是一种不溶于水且漂浮于水面上的油 类和大量的有机物,,其降解率可达95%左右,一般不会像使用化学方 法一样产生二次污染。代芳烃处理主要的卤代芳烃污染物,均可在光催化过程中 被完全降解。水中主要卤代芳烃污染物在使用 催化剂和近紫外光照射下的半衰期,大部分在15 间,相应的完全转化时间为1~6h。对于卤代芳烃的降解,由于中间物在催化反应中具 有较强的吸附作用 ,反应过程中一般检测不到中间 物,并且卤素取代程度比较低的污染物通常降解速 度比较慢。3 含有表面活性剂的废水处理含有表面活性剂的废水不但容易产生异味和泡 沫,而且还会影响废水的可生化性。非离子型和阳离 子型表面活性剂不但很难生物降解,有时还会产生 有毒或者是不能溶解的中间体。目前用 解表面活性剂已取得了较好的结果。虽然表面活 性剂中的链烷烃部分采用光催化降解反应还较难完 全氧化成 随着表面活性剂苯环部分的破坏, 表面活性及毒性大为降低,生成的长链烷烃副产物 对环境的危害明显减小 ,此法用于废水中表面活性 剂的处理具有很好的应用前景。水中无机化合物的降解废水中虽然含有大量的有机污染物,但也存在不 少的无机污染物 ,尤其是水中存在许多重金属离子如 汞、铅等,会对人体健康产生极大的危害,所以降解无 机污染物也是一个刻不容缓的问题。大量的研究表明:许多无机物在 而,、钯、锗等在其表面沉 积下来,以便于回收贵金属。同时 ,纳米 原性,可将 原成单质和无毒低氧化态氧化物; 也可将 水中汞、铬、铅及其氧化物等降解为无毒物质。 用水处理由于现在工业不断地发展,污水处理量远远小 于产污量 ,致使地表水源受到污染,供水水质不断恶 化,而我国饮用水一般都以地表水作为水源,经一般 常规给水工艺处理后只可去除悬浮物及大部分有机 物,但由于水中含有溶解性有机污染物及大量细菌 无法通过常规工艺去除,致使供水水质标准无法提 高,从而影响生活饮用水的供水安全。因为 化技术既能降解有机物,又能降解无机物,同时还 具有杀菌功能,故将 的三氯甲烷、四氯化碳、芳香族化合物、五氯苯酚 等优先污染物及细菌有令人满意的去除效果,且不会产生中间产物,造成二次污染。菌废水的处理废水中含有大量的有害细菌,且种类繁多,严重 威胁着人体的健康。细菌一般由复合的有机物构成, 一般常用的杀菌剂如银、铜离子等虽能使细胞失去 活性, 但细菌死后能释放出致热和有毒的组分。而采 用纳米 仅能杀死细菌,同时还能 降解由细菌释放出的有毒复合物。菌的生命力,而且能攻击细菌的外层细胞,穿透细 胞膜,破坏细菌的细胞结构,从而达到彻底地杀灭细 菌的目的。4 问题光催化氧化技术是一种高效污染防治技术,具有处理范围广、反应充分等优点。但也存在些问题,使其应用受到限制。其主要表现为:(1)太阳能利用率低。由于 g= 紫外光部 分。为了提高太阳能的利用率,可以考虑采用更加有 效的聚光器,或在反应体系中加入还原剂和氧化剂, 或掺入其它金属来防止空穴复合,降低带隙能,从而达到提高太阳能利用的目的。(2)催化剂的载体技术问题。难以在既保证较好的光催化活性,又满足特定材料的理性要求的前提下 ,在不同材料表面均匀牢 固地负载光催化剂。固定和悬浮的催化剂各自有自己的优缺点,这就需要开发一种新型的载体光催化剂。(3)光催化反应器单一且不能大型 化。目前国内外对反应器进行了不同方式的设计和 应用,但只是停留在小型的污水处理工艺上和试验 阶段, 大型化尚未开展。现在迫切需要设计大型、高效的光催化反应器。(4)开发固定相催化剂。悬浮相 催化剂易凝聚且难以分离回收,活性成分损失大。这 就需要研究出能较好回收利用的固定相催化剂。最后,要达到有效降解水中污染物的目的,仅靠 光催化亚氧化是不够的,因此将光催化氧化与其他处理方法联合使用将成为光催化技术发展的一个必 然趋势。 [1] 唐剑文 ]2005,25(2):25~28.[2] 高春华 ]002,11(2):30~33.[3] 003,107(23):5483~5486.[4] 003,32(4):310~311.[5] 2002,297(5590):2243~2244.[6] 张天永 ]大学学报,2003,36(1):5~8.[7] ]002,3(3):1~6. 光催化氧化技术利用光激发氧化将 2氧化剂与光辐射相结合。所用光主要为紫外光,包括 工艺,可以用于处理污水中 氯联苯等难降解物质。另外,在有紫外光的 系中,紫外光与铁离子之间存在着协同效应,使 解产生羟基自由基的速率大大加快,促进有机物的氧化去除。所谓光化学反应,就是只有在光的作用下才能进行的化学反应。该反应中分子吸收光能被激发到高能态,然后电子激发态分子进行化学反应。光化学反应的活化能来源于光子的能量。在太阳能利用中,光电转换以及光化学转换一直是光化学研究十分活跃的领域。 80 年代初,开始研究光化学应用于环境保护,其中光化学降解治理污染尤受重视,包括无催化剂和有催化剂的光化学降解。前者多采用臭氧和过氧化氢等作为氧化剂,在紫外光的照射下使污染物氧化分解;后者又称光催化降解,一般可分为均相、多相两种类型。均相光催化降解主要以 介质,通过光助- 芬顿(反应使污染物得到降解,此类反应能直接利用可见光;多相光催化降解就是在污染体系中投加一定量的光敏半导体材料,同时结合一定能量的光辐射,使光敏半导体在光的照射下激发产生电子 空穴对,吸附在半导体上的溶解氧、水分子等与电子 空穴作用,产生·氧化性极强的自由基,再通过与污染物之间的羟基加合、取代、电子转移等使污染物全部或接近全部矿质化,最终生成 2O 及其它离子如 042-、无催化剂的光化学降解相比,光催化降解在环境污染治理中的应用研究更为活跃。目前,我公司已成功开发了该技术并研制成了产品。能降解废水中高浓度有机污染物,难降解难以生化处理的有机废水:对水体有机污染物的光催化降解研究较为深入。根据已有的研究工作,发现卤代脂肪烃、卤代芳烃、有机酸类、硝基芳烃、取代苯胺、多环芳烃、杂环化合物、烃类、酚类、染料、表面活性剂、农药等都能有效地进行光催化反应,最终生成无机小分子物质,消除其对环境的污染以及对人体健康的危害。对于废水中浓度高达每升几千毫克的有机污染物体系,光催化降解均能有效地将污染物降解去除,达到规定的环境标准;与其他工艺相比,更省运行成本;应用于饮用水的深度处理:饮用水水源污染,特别是微量有机物的污染,给自来水行业带来了严重的问题。目前水厂的常规工艺不仅无法去除有机物,而且氯化过程还可能产生对人体健康危害极大的有机氯化合物。迄今为止,国内外饮用水去除有机污染物的技术均不能令人满意,尤其是有机氯化合物很稳定,难为一般的处理方法所去除。而应用光催化降解法,此类难去除的化合物均能在短时间内得以降解。光催化氧化技术在水处理中的应用及研究进展日期:2010 介绍了光催化氧化的机理,就 性、光催化氧化在降解废水中有机污染物、无机污染物以及饮 用水处理中的研究进展进行了阐述,提出了今后的发展方向。关键词:纳米二氧化钛,光催化氧化,水处理,研究进展中图分类号:972年, ]报道了在光电池中光辐射 氧化还原反应,标志着光催化氧化水处理时代的开始。1976年, [2] 在光催化降解水中污染物方面进行了开拓性的工作。 此后,光催化氧化技术得到迅速发展。光催化技术具有反应条件 温和、能耗低、操作简便、能矿化绝大多数有机物、可减少二次污 染及可以用太阳光作为反应光源等突出优点,在难降解有机物、 水体微污染等处理中具有其他传统水处理工艺所无法比拟的优 势,是一种极具发展前途的水处理技术,对太阳能的利用和环境 保护有着重大意义。1 催化剂的特性及光催化氧化机理红石型和板钛矿型三种晶型。同样条件 下,锐钛矿型的催化活性较好。在众多光催化剂中,认的最有效的半导体催化剂,其特点有:化学性质稳定,能有效 吸收太阳光谱中弱紫外辐射部分,氧化还原性极强,耐酸碱和光 化学腐蚀,价廉无毒。目前对光催化的机理研究尚不成熟,一般 认为光催化氧化法是以 N N 型半导体 ,其能带是不连续的,在充满电子的低能价带( 和空的高能导带(间存在一个禁带,带隙能为3.2 催 化所需入射光最大波长为 387.5 λ≤387.5 光波辐 射照射 于价带的电子被激发跃迁到导带,生成高活性 电子(同时在价带上产生相应的空穴(h+),从而形成具有高 度活性的电子/空穴对,并在电场作用下分离,向粒子表面迁移,既 可直接将吸附的有机物分子氧化,也可与吸附在 水分子反应生成氧化性很强的活性物质氢氧自由基·自由基是一种非选择性的强氧化剂,可以氧化包括生物难以降解 的各种有机物,使之彻底氧化为 2  化剂固定化不仅是解决催化剂回收利用的有效途径,也是运用活 性组分和载体的各项功能,以改善催化剂功能的理想形式。 )粉体烧结法,此法简单易行, 光催化活性较高,但存在牢固性欠佳、分布不均等问题。2)偶联 法,这种方法将 用于 制备 )溶胶—凝胶法制备 是目前 常用的一种制备方法。此法制备的薄膜不仅均匀性和结晶性较 好,而且可以通过改变溶胶—凝胶参数来控制膜的表面积和孔结 构,制得高活性的催化剂,技术简单,但多次浸渍、提拉使制备过 程历时较长。国内外研究中所应用的载体主要有硅胶、玻璃、铝 材、陶瓷、石英玻璃管和光导纤维等。总之,催化剂的固定化方式 很多,但都有不足之处,解决催化剂固定化问题仍是目前研究工 作的重点。太阳光的利用率低。为扩展 波长范围和提高光催化活性,对 的。目前对 )半 导体复合。通过两种不同禁带宽度的半导体复合可提高系统的 电荷分散效果,扩大合方式有简单的 组合、掺杂、多层结构和异相组合等。例如,复合体系 ] 中,由于 能被波长短于500 可见光激发, 从而使得 2)掺杂 金属离子。金属离子掺杂可捕获导带中电子,改变 减少 穴对的复合,提高了活性,而且还可 使 达到充分利用可见光的目的。[4]系统考察了21种金属离子掺杂的 现在晶格 M
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本文标题:高级氧化技术用于油田废水处理的研究进展
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