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        循環(huán)式超聲強化光催化降解雙酚A

        2013-03-29 00:48:58程治良全學軍熊彥淇晏云鵬
        化工環(huán)保 2013年2期
        關(guān)鍵詞:常數(shù)光催化反應器

        程治良,全學軍,熊彥淇,代 黎,晏云鵬

        (重慶理工大學 化學化工學院,重慶 400054)

        雙酚A(BPA)是一種重要的化工原料,可用于生產(chǎn)罐頭內(nèi)襯、塑料瓶、包裝材料等[1]。但是它對包括人類在內(nèi)的生物體的內(nèi)分泌系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)具有危害,主要表現(xiàn)為雌激素樣作用[2],已被日本和歐洲一些國家列入優(yōu)先控制污染物[3]。

        BPA的處理方法很多,其中TiO2光催化處理BPA具有高效、安全無毒、可利用太陽能、無二次污染等優(yōu)點[4]。但在傳統(tǒng)的TiO2光催化漿態(tài)反應體系中,由于TiO2納米顆粒團聚嚴重影響了處理效果[5],且單一的光催化過程無法將有害污染物徹底礦化為H2O和CO2[6]。有研究表明超聲處理對納米顆粒的分散效果較好[7],且超聲空化作用還能猝滅光生電子、加速傳質(zhì)、活化催化劑等[8]。將超聲與光催化技術(shù)結(jié)合,能大大提高光催化效果并產(chǎn)生協(xié)同效應,有助于BPA的徹底礦化[9]。

        目前,大多數(shù)相關(guān)研究只是在簡單設計的非循環(huán)反應器中進行,而針對工業(yè)化應用過程設計的超聲—光催化協(xié)同作用的反應器研究較少[10]。為此,本課題組設計了一種易于工業(yè)放大的循環(huán)式超聲強化光催化反應器,并成功用于偶氮染料的處理[11]。

        本工作采用新型超聲強化光催化反應器,重點考察了超聲功率、TiO2加入量、體系循環(huán)液流速以及空氣流量等因素對BPA降解的影響,為該反應器在危險污染物降解方面的應用奠定基礎(chǔ)。

        1 實驗部分

        1.1 試劑和材料

        BPA:化學純。P25-TiO2粉末:80%為銳鈦礦型,20%為金紅石型,平均粒徑30 nm,比表面積50 m2/g,德國Degussa公司。

        1.2 實驗裝置

        本實驗將光量子效率較高的環(huán)隙式光催化反應器[12-13]與超聲反應器進行串聯(lián),形成了循環(huán)流動體系。實驗裝置及流程見圖1。超聲反應器與環(huán)隙式光催化反應器的主體部分均為內(nèi)徑65 mm、高250 mm的聚氯乙烯圓筒。在環(huán)隙式光催化器底部用法蘭盤將外徑為40 mm的紫外燈有機玻璃套管固定在圓筒中央,以實現(xiàn)光源內(nèi)置。以功率為11 W、主波長為360 nm的紫外燈作為光催化反應器的紫外光源。超聲發(fā)生器的頻率為20 kHz, 最大功率為1 kW。實驗時將超聲探頭插入漿態(tài)反應體系中,通過探頭發(fā)射的超聲波實現(xiàn)對反應體系催化劑的分散作用。在超聲反應器中通入空氣,一方面可以補充光催化過程所需的溶解氧,另一方面可以避免由于通入空氣產(chǎn)生氣泡而導致的紫外光吸收效率降低。反應漿液在超聲反應器與光催化反應器之間通過液泵實現(xiàn)循環(huán)。

        圖1 實驗裝置及流程

        1.3 實驗方法

        打開氣泵,將1.1 L初始質(zhì)量濃度為20.0 mg/L的BPA水溶液緩慢倒入超聲反應器中,打開液泵使溶液在兩個反應器之間循環(huán)。溶液完全倒入后,加入一定量的光催化劑,在黑暗環(huán)境中循環(huán)30 min,使光催化劑與溶液充分混合。開啟超聲發(fā)生器與紫外燈,進行超聲強化光催化降解BPA反應。實驗中每30 min取樣10 mL,試樣經(jīng)孔徑為0.22 μm的濾膜過濾后測定BPA吸光度。

        1.4 分析方法

        采用分光光度法,在最大吸收波長276 nm處測定試樣吸光度,對照標準曲線確定BPA質(zhì)量濃度,計算降解速率常數(shù)[14];采用TOC測定儀測定TOC,計算TOC去除率。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 超聲功率對超聲強化光催化降解BPA的影響

        超聲功率影響納米顆粒的分散和團聚動力學,是反應體系中一個重要的過程參數(shù)。在TiO2加入量為3 g/L、循環(huán)液流速為4.05×10-2m/s、空氣流量為200 mL/min的條件下,超聲功率對降解速率常數(shù)的影響見圖2。由圖2可見:超聲功率由0增至600 W時,BPA降解速率常數(shù)逐漸增大,反應速率加快;繼續(xù)增大超聲功率,降解速率常數(shù)變化不大。超聲功率的增大,增強了超聲的空化作用,導致反應漿液中活性氧化物質(zhì)(如·OH和·H)增多[15];與此同時,超聲波具有分散納米TiO2團聚體的作用,從而增大了反應體系中的固-液界面,強化了體系中固-液兩相間的傳質(zhì)。此外,超聲的空化作用也使得光催化劑表面不斷更新,有利于維持催化劑表面較好的活性[16]。

        圖2 超聲功率對降解速率常數(shù)的影響

        有研究表明,超聲強化TiO2光催化降解低濃度污染物時,反應符合表觀一級反應動力學方程[17]。在該反應體系中,lnρ0/ρt~t關(guān)系曲線見圖3。由圖3可見,lnρ0/ρt與t具有良好的線性關(guān)系,證實了超聲強化光催化降解BPA符合一級反應動力學方程。

        圖3 ln ρ0 /t關(guān)系曲線

        2.2 TiO2加入量對超聲強化光催化降解BPA的影響

        在超聲功率為600 W、循環(huán)液流速為4.05×10-2m/s、空氣流量為200 mL/min的條件下,TiO2加入量對降解速率常數(shù)的影響見圖4。由圖4可見:隨TiO2加入量的增加,BPA降解速率常數(shù)逐漸增大;當TiO2加入量為7 g/L時,降解速率常數(shù)達到最大值;繼續(xù)增加TiO2加入量,降解速率常數(shù)略有降低。這可能是由于在TiO2加入量為0~7 g/L時,隨TiO2加入量的增加,懸浮體系中催化劑表面活性位點不斷增加,從而使BPA的降解效率得到提高。但TiO2加入量過大,光催化劑濃度過高導致溶液透明度降低,阻礙了紫外光向反應體系中TiO2的傳遞,使BPA降解效率降低。通常情況下,在以P25為催化劑的光催化漿態(tài)體系中催化劑用量不宜高于3 g/L[11],由此可見通過超聲波的分散作用大大提高了催化劑的最佳用量。

        圖4 TiO2加入量對降解速率常數(shù)的影響

        2.3 循環(huán)液流速對超聲強化光催化降解BPA的影響

        循環(huán)液流速為漿液流經(jīng)光催化反應器的表觀循環(huán)液流速。在超聲功率為600 W、TiO2加入量為7 g/L、空氣流量為200 mL/min的條件下,循環(huán)液流速對降解速率常數(shù)的影響見圖5。由圖5可見:當循環(huán)液流速由1.35×10-2m/s增至4.05×10-2m/s時,BPA降解速率常數(shù)逐漸增大;但當循環(huán)液流速由4.05×10-2m/s增至5.40×10-2m/s時,降解速率常數(shù)反而降低。這可能是因為循環(huán)液流速增大有利于反應漿液的混合,進而有助于BPA向TiO2表面擴散。同時,循環(huán)液流速的增大還有利于反應產(chǎn)物從催化劑表面去除,使反應平衡向有利于BPA降解的方向進行[18]。但過高的循環(huán)液流速會導致超聲反應器吸入空氣,從而在光催化反應器中產(chǎn)生大量氣泡,影響紫外光的傳遞,導致BPA降解效率下降。

        圖5 循環(huán)液流速對降解速率常數(shù)的影響

        2.4 空氣流量對超聲強化光催化降解BPA的影響

        空氣流量會影響光催化反應過程中電子受體——溶解氧的含量。在超聲功率為600 W、TiO2加入量為7 g/L、循環(huán)液流速為4.05×10-2m/s的條件下,空氣流量對降解速率常數(shù)的影響見圖6。

        圖6 空氣流量對降解速率常數(shù)的影響

        由圖6可見,當空氣流量為200 mL/min時,BPA降解效果最好。這是因為在一定范圍內(nèi),空氣流量增大會引起氧傳質(zhì)效率提高,增大液相中的溶解氧濃度。溶解氧通過與催化劑表面上光生電子e-的有效結(jié)合,降低其與光生空穴h+的復合幾率,進而產(chǎn)生較多的·OH等活性氧化物質(zhì),有利于提高光催化降解效率[19]。然而,當空氣流量過大時,大量的氣泡同樣會通過液相循環(huán)進入光催化反應器,進而影響紫外光的傳遞,降低光催化降解效率[20]。

        2.5 超聲與光催化過程的協(xié)同效應

        在超聲功率為600 W、TiO2加入量為7 g/L、循環(huán)液流速為4.05×10-2m/s、空氣流量為200 mL/min的條件下,進行了超聲、光催化以及超聲強化光催化法處理BPA效果的對比研究,實驗結(jié)果見圖7。由圖7可見,超聲強化光催化法處理BPA的效果最好,反應150 min后,BPA降解率可達90.5%,溶液中剩余BPA質(zhì)量濃度為1.8 mg/L。超聲與光催化在該反應體系中的協(xié)同作用主要體現(xiàn)在:在超聲過程中,由于光催化劑顆粒的存在,促進體系中的小氣泡分解為更多的微氣泡,從而增加了高溫高壓微環(huán)境下催化劑表面的活性位點,產(chǎn)生更多的·OH,增強了超聲的空化作用;超聲波的機械作用力分散了光催化劑團聚體,增強了光催化反應體系的傳質(zhì)[21]。

        圖7 超聲、光催化、超聲強化光催化法處理BPA效果對比

        2.6 BPA的礦化

        通過反應體系中TOC的變化,可以考察BPA的礦化行為。在超聲功率為600 W、TiO2加入量為7 g/L、循環(huán)液流速為4.05×10-2m/s、空氣流量為200 mL/min的條件下,超聲、光催化以及超聲強化光催化法處理BPA的TOC去除率見圖8。由圖8可見:超聲處理幾乎沒有礦化作用,TOC去除率僅為0.1%;光催化處理BPA過程的TOC去除率僅為78.4%;采用超聲強化光催化法處理240 min,TOC去除率可達84.5%。由此可見,超聲可以明顯強化光催化處理BPA的礦化過程。這可能是由于超聲反應器與光催化反應器串聯(lián)產(chǎn)生了更多的活性氧化物質(zhì),從而促進了BPA礦化為CO2[22]。

        圖8 超聲、光催化以及超聲強化光催化法處理BPA的TOC去除率

        3 結(jié)論

        a)設計制作了一種新型循環(huán)式超聲強化光催化反應器,在此反應器中超聲和光催化處理過程實現(xiàn)了較好的協(xié)同效應。

        b)采用該反應器處理BPA,在初始BPA質(zhì)量濃度為20.0 mg/L、超聲功率為600 W、TiO2加入量為7 g/L、循環(huán)液流速為4.05×10-2m/s、空氣流量為200 mL/min的條件下,反應150 min后,BPA降解率可達90.5%,溶液中剩余BPA質(zhì)量濃度為1.8 mg/L;反應240 min后TOC去除率可達84.5%。

        [1] Huang Y Q,Wong C K C,Zheng J S,et al. Bisphenol A(BPA) in China:A review of sources,environmental levels,and potential human health impacts[J]. Environ Int,2012,42:91-99.

        [2] Flint S,Markle T,Thompson S,et al. Bisphenol A exposure,effects,and policy:A wildlife perspective[J]. J Environ Manage,2012,104:19-34.

        [3] Wang Chunying,Zhang Hao,Li Fang,et al. Degradation and mineralization of bisphenol A by mesoporous Bi2WO6under simulated solar light irradiation[J]. Environ Sci Technol,2010,44(17):6843-6848.

        [4] Yeo M K,Kang M. Photodecomposition of bisphenol A on nanometer-sized TiO2thin film and the associated biological toxicity to zebrafish(danio rerio) during and after photocatalysis[J]. Water Res,2006,40(9):1906-1914.

        [5] Bal lari M dl M,Brandi R,Al fano O,et al. Mass transfer limitations in photocatalytic reactors employing titanium dioxide suspensions:I. Concentration profiles in the bulk[J]. Chem Eng J,2008,136(1):50-65.

        [6] 賀艷,段海靜,王廣華,等. 3D介孔TiO2微米球及其光催化降解雙酚A的研究[J]. 環(huán)境科學學報,2011,31(10):2179-2184.

        [7] 雷琳,呂娜娜,吳明華,等. 水相介質(zhì)中納米TiO2粒子軟團聚體的解團聚[J]. 化工學報,2009,60(12):3159-3164.

        [8] Joseph C G,Puma G L,Bono A,et al. Sonophotocatalysis in advanced oxidation process:A short review[J]. Ultrason Sonochem,2009,16(5):583-589.

        [9] Torres-Palma R A,Nieto J I,Combet E,et al. An innovative ultrasound,F(xiàn)e2+and TiO2photoassisted process for bisphenol A mineralization[J]. Water Res,2010,44(7):2245-2252.

        [10] Mishra K P,Gogate P R. Intensification of sonophotocatalytic degradation ofp-nitrophenol at pilot scale capacity[J]. Ultrason Sonochem,2011,18(3):739-744.

        [11] Cheng Zhiliang,Quan Xuejun,Xiong Yanqi,et al.Synergistic degradation of methyl orange in an ultrasound intensified photocatalytic reactor[J]. Ultrason Sonochem,2012,19(5):1027-1032.

        [12] 全學軍,楊露,程治良,等. 偶氮染料在氣-液-固循環(huán)漿態(tài)光催化反應器中的降解脫氮[J]. 化工學報,2010,61(11):2829-2835.

        [13] Nam W,Kim J,Han G. Photocatalytic oxidation of methyl orange in a three-phase fluidized bed reactor[J].Chemosphere,2002,47(9):1019-1024.

        [14] Yap P S,Lim T T,Lim M,et al. Synthesis and characterization of nitrogen-doped TiO2/AC composite for the adsorption–photocatalytic degradation of aqueous bisphenol A using solar light[J]. Catal Today,2010,151(1/2):8-13.

        [15] Neppolian B,Ciceri L,Bianchi C L,et al. Sonophotocatalytic degradation of 4-chlorophenol using Bi2O3/TiZrO4as a visible light responsive photocatalyst[J].Ul t rason Sonochem,2011,18(1):135-139.

        [16] Wang Hongyuan,Niu Junfeng,Long Xingxing,et al. Sonophotocatalytic degradation of methyl orange by nano-sized Ag/TiO2particles in aqueous solutions[J].Ul t rason Sonochem,2009,15(4):386-392.

        [17] Berberidou C,Poulios I,Xekoukoulotakis N P,et al. Sonolytic,photocatalytic and sonophotocatalytic degradation of malachite green in aqueous solutions[J].Appl Catal B,2007,74(1/2):63-72.

        [18] Sopajaree K,Qasim S A,Basak S,et al. An integrated flow reactor-membrane filtration system for heterogeneous photocatalysis. Part Ⅱ:Experiments on the ultrafiltration unit and combined operation[J]. J Appl Elect rochem,1999,29(9):1111-1118.

        [19] 全學軍,程治良,楊露,等. 多層光源內(nèi)置式氣-液-固循環(huán)流化床光催化降解雙酚A[J]. 環(huán)境科學學報,2011,31(6):1233-1240.

        [20] Chin S S,Lim T M,Chiang K,et al. Hybrid lowpressure submerged membrane photoreactor for the removal of bisphenol A[J]. Desalination,2007,202(1/2/3):253-261.

        [21] Augugliaro V,Litter M,Palmisano L,et al. The combination of heterogeneous photocatalysis with chemical and physical operations:A tool for improving the photoprocess performance[J]. J Photochem Photobiol,C,2006,7(4):127-144.

        [22] Torres R A,Nieto J I,Combet E,et al. Influence of TiO2concentration on the synergistic effect between photocatalysis and high-frequency ultrasound for organic pollutant mineralization in water[J]. Appl Catal,B,2008,80(1/2):168-175.

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