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图２苯酚在不同pH条件下的吸附曲线
反应条件：苯酚的起始浓度30mg/L，黑暗循环时间４h，O通入量1.0L/(minL)，上升流速0.7m/min,温度30℃
3.1反应器内上升流速对反应的影响
上升流速是影响水中苯酚向催化剂表面扩散速度的重要因素，随着液体上升流速的增大，催化剂表面液膜的厚度将变小，水中苯酚向催化剂表面扩散过程的传质阻力变小，苯酚向催化剂表面的传质速度加快，同时，根据光催化氧化机制，催化剂表面上光生电子和空穴的复合可以在小于10s内完成，但载流子被俘获的速率相对较慢，通常需要10~10s，所以只有吸附在催化剂表面的污染物才有可能获得高活性的电子和空穴发生反应，即污染物必须首先扩散并吸附到催化剂的表面才具有竞争性。同时，催化剂表面产生的HO·自由基也由于上升流速的增大加快了向水中扩散的速度，由反应： 可知，当催化剂表面的产生的HO·不能及时消耗时，HO·自由基也会自行反应产生HO，而HO的氧化性远低于HO·自由基，因此加大上升流速是提高反应效率的影响因素之一。
图３上升流速对苯酚矿化率的影响
反应条件：苯酚的起始浓度30mg/L，初始pH4.0，O通入量1.0L/(minL)，光源UV365-250W，温度30℃
由图３可知，当反应器内的上升流速低于0.7m/min时，随着上升流速的提高，负载TiO/Fe的催化剂对苯酚的降解率也逐渐提高，当上升流速增大到0.7m/min以上时，进一步提高上升流速对苯酚的降解效果影响不大，说明在此流速下污染物向催化剂表面的传质阻力已经消失，因此本试验反应器内上升流速取0.7m/min。
3.2光源对光催化反应的影响
从试验结果可知（图４），随着光照强度的增加，苯酚光降解率显著增大，这是因为光照强度增强，催化剂TiO/Fe接受的光子能量增多，催化剂受激发产生的电子－空穴对增加，从而提高了降解率。同时，随光照射强度的增大，苯酚的矿化率随之增大，但是，矿化率的增强与光源照射强度并不成正比，在低的照射强度下，催化剂接受光照受激产生电子-空穴对，随着光照强度的增强，电子-空穴对的数量也随着增强，继续增强光照强度，苯酚对光照能量的接收也随之增大，当催化剂表面受激产生的电子-空穴对饱和后，光能量的增强主要由水中苯酚的化学键接受，当光照射能量高于键能后，紫外光产生的能量才能达到苯酚的降解，而这需要的能量过高，单纯的紫外线光照解降解苯酚已不经济且难以操作，因此，本研究选用光照强度为UV365-250W高压汞灯作进一步的试验。
图４苯酚在不同光源条件下的光催化矿化率
反应条件：苯酚的起始浓度30mg/L，初始pH4.0，O通入量1.0L/(minL)，上升流速0.7m/min，温度30℃
3.3苯酚的起始浓度对光催化反应的影响
如图５所示，当苯酚初始浓度小于50mg/L时，随初始浓度增大，苯酚降解率增大，浓度大于50mg/L，随初始浓度增大，降解率反而减小。
从Langmuir－Hinshelwood方程：
式中：r为反应速率常数［mg/(L·h)］，C为苯酚浓度（mg/L），t为反应时间（h），k为反应速率常数，K为吸附平衡常数（mg）。从上式可知，当苯酚的起始浓度很低时，即KC时，上式可简化为r=dC/dt=kKC，即低浓度时，反应速率与苯酚浓度成正比，随着苯酚起始浓度增加，反应速率也逐渐增大，当反应物浓度达到一定条件时，催化剂表面吸附的苯酚浓度达到饱和，光催化氧化反应速率不再与浓度有关，而仅与光催化生成的电子－空穴对有关，此时，高浓度的苯酚占据光生电子－空穴对，又影响了HO·自由基的生成，从而降低了降解率，同时，高浓度的苯酚也将会大量吸收紫外光子的能量，影响TiO/Fe催化剂对光子能量的接收，又会使光生电子－空穴对数量进一步减少，降低HO·自由基的生成。但是，当苯酚浓度过低时，光催化剂表面产生的HO·自由基不能及时与溶液中的苯酚反应，就会发生两个自由基结合生成HO的反应，从而影响光催化的效率，因此，本研究选用的苯酚浓度为30mg/L。
图５苯酚的起始浓度对光催化的影响
反应条件：初始pH4.0，O通入量1.0L/(minL)，光源UV365-250W，上升流速0.7m/min，温度30℃
3.4初始pH值对反应的影响
pH值是影响光催化反应的一个重要影响因素，图６为pH值对苯酚光催化氧化降解性能的影响。由图中可知，溶液pH值对TiO/Fe光催化降解苯酚有较大的影响。苯酚溶液在强酸性（pH=1）条件下降解率较低，仅为41.3%，矿化率也仅为31%，随着pH值增大，降解率也随之升高，当pH为4.0时降解率出现峰值，达到84.4%，而矿化率也达到了79.8%。继续增大溶液pH≥7之后，随着pH值的增大，降解率明显下降，当pH=11的时候降解率达到最低点，苯酚的降解率仅有21.2%，当pH≥13时又出现了较好的降解效果。 2/3 首页 上一页 1 2 3 下一页 尾页 |
