光催化氧化技術(shù)在油田廢水處理中的應(yīng)用及研究進(jìn)展

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1、光催化氧化技術(shù)在油田廢水處理中的應(yīng)用及研究進(jìn)關(guān)鍵詞：光催化氧化,油田廢水處理研究進(jìn)展納米二氧化鈦摘要：介紹了光催化氧化技術(shù)的機(jī)理,對光催化氧化技術(shù)在油田廢水處理中的應(yīng)用及其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了闡述,提出了今后的發(fā)展方向。正文：光催化氧化技術(shù)是一種新興的水處理技術(shù)。1972年,Fu-jishima和Honda[1]報(bào)道了在光電池中光輻射TiO2可持續(xù)發(fā)生水的氧化還原反應(yīng),標(biāo)志著光催化氧化水處理時(shí)代的開始。1976年,Carey等[2]在光催化降解水中污染物方面進(jìn)行了開拓性的工作。此后,光催化氧化技術(shù)得到迅速發(fā)展。光催化技術(shù)具有反應(yīng)條件溫和、能耗低、操作簡便、能礦化絕大多數(shù)有機(jī)物、可減少二次污染及

2、可以用太陽光作為反應(yīng)光源等突出優(yōu)點(diǎn),在難降解有機(jī)物、水體微污染等處理中具有其他傳統(tǒng)水處理工藝所無法比擬的優(yōu)勢,是一種極具發(fā)展前途的水處理技術(shù),對太陽能的利用和環(huán)境保護(hù)有著重大意義。光催化技術(shù)是利用TiO2等半導(dǎo)體作為催化劑，當(dāng)半導(dǎo)體材料受到能量大于其禁帶的光照射時(shí)，發(fā)生電子躍遷，在半導(dǎo)體材料表面形成電子∕空穴對。半導(dǎo)體粒子表面空穴可以吸附水分子或氫氧根離子，產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化能力的羥基自由基，將吸附于顆粒表面的有機(jī)污染物氧化分解為無害物質(zhì)。目前，光催化技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域已擴(kuò)展到多種污染物質(zhì)的處理，包括烴類、醇、酚、酸、鹵代脂肪族化合物、鹵代芳香類化合物、含氯化合物、燃料、農(nóng)藥、表面活性劑、油類

3、、無機(jī)物等，并取得了較好的效果[2]。一、TiO2光催化劑的特性及光催化氧化機(jī)理TiO2有銳鈦礦型、金紅石型和板鈦礦型三種晶型。同樣條件下,銳鈦礦型的催化活性較好。在眾多光催化劑中,TiO2是目前公認(rèn)的最有效的半導(dǎo)體催化劑,其特點(diǎn)有:化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,能有效吸收太陽光譜中弱紫外輻射部分,氧化還原性極強(qiáng),耐酸堿和光化學(xué)腐蝕,價(jià)廉無毒[3]。光催化氧化技術(shù)利用光激發(fā)氧化將O2、H2O2等氧化劑與光輻射相結(jié)合。所用光主要為紫外光，包括uv-H2O2、uv-O2等工藝，可以用于處理污水中CHCl3、CCl4、多氯聯(lián)苯等難降解物質(zhì)[4]。另外，在有紫外光的Feton體系中，紫外光與鐵離子之間存在著協(xié)

4、同效應(yīng)，使H2O2分解產(chǎn)生羥基自由基的速率大大加快，促進(jìn)有機(jī)物的氧化去除。目前對光催化的機(jī)理研究尚不成熟,一般認(rèn)為光催化氧化法是以N型半導(dǎo)體的能帶理論為礎(chǔ)。TiO2屬于N型半導(dǎo)體,其能帶是不連續(xù)的,在充滿電子的低能價(jià)帶(VB)和空的高能導(dǎo)帶(CB)之間存在一個(gè)禁帶,帶隙能為3.2eV,光催化所需入射光最大波長為387.5nm。當(dāng)λ≤387.5nm的光波輻射照射TiO2時(shí),處于價(jià)帶的電子被激發(fā)躍遷到導(dǎo)帶,生成高活性電子(e-),同時(shí)在價(jià)帶上產(chǎn)生相應(yīng)的空穴(h+),從而形成具有高度活性的電子/空穴對,并在電場作用下分離,向粒子表面遷移,既可直接將吸附的有機(jī)物分子氧化,也可與吸附在TiO2表

5、面的羥基或水分子反應(yīng)生成氧化性很強(qiáng)的活性物質(zhì)氫氧自由基·OH?！H自由基是一種非選擇性的強(qiáng)氧化劑,可以氧化包括生物難以降解的各種有機(jī)物,使之徹底氧化為CO2,H2O和其他無機(jī)物[5]。二、光催化氧化技術(shù)在油田廢水中的應(yīng)用油田廢水作為石油工業(yè)主要污染源，主要包括采油污水和鉆井污水。我國各油田地質(zhì)條件、開發(fā)方式、注水水質(zhì)、集輸工藝等不同，采油污水和鉆井污水的性質(zhì)差異很大。在鉆井過程、原油脫水、集輸、污水處理過程中使用許多無機(jī)、有機(jī)化學(xué)處理劑，油水井堵水調(diào)剖、酸化、壓裂等措施可能使油田廢水含有大量的有機(jī)物，已進(jìn)入三次采油階段的油田，聚合物驅(qū)和復(fù)合驅(qū)采出水中含有大量聚合物和表面活性劑，使污水

6、中油的乳化程度加劇。油田廢水水質(zhì)的日益惡化使處理后水質(zhì)很難達(dá)到外排標(biāo)準(zhǔn)或注水水質(zhì)要求。目前光催化氧化技術(shù)在油田廢水處理中的應(yīng)用研究尚處于起步階段，加強(qiáng)開展油田廢水光催化氧化技術(shù)的研究顯得十分重要。光催化氧化法能降解廢水中高濃度有機(jī)污染物，降解難以生化處理的有機(jī)廢水，能對水體有機(jī)污染物進(jìn)行降解。根據(jù)已有的研究工作，發(fā)現(xiàn)鹵代脂肪烴、鹵代芳烴、有機(jī)酸類、硝基芳烴、取代苯胺、多環(huán)芳烴、雜環(huán)化合物、烴類、酚類、染料、表面活性劑、農(nóng)藥等都能有效地進(jìn)行光催化反應(yīng)，最終生成無機(jī)小分子物質(zhì)，消除其對環(huán)境的污染以及對人體健康的危害。對于廢水中濃度高達(dá)每升幾千毫克的有機(jī)污染物體系，光催化降解均能有效地將污染

7、物降解去除，達(dá)到規(guī)定的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)；與其他工藝相比，更省運(yùn)行成本。[6]三、光催化氧化技術(shù)的特點(diǎn)光催化氧化技術(shù)具有高效、節(jié)能、清潔無毒等突出優(yōu)點(diǎn),是一項(xiàng)具有廣泛應(yīng)用前景的新型水污染處理技術(shù)。[7]然而作為近30年發(fā)展起來的新的研究領(lǐng)域,光催化降解現(xiàn)在還基本上停留在實(shí)驗(yàn)室水平,實(shí)際應(yīng)用很少。因此無論是在光催化機(jī)理的研究方面還是在工業(yè)實(shí)際應(yīng)用中都需要進(jìn)一步的深入研究,主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:1、制備高效率的催化劑,進(jìn)一步完善催化劑的改性技術(shù),提高催化劑