BiVO4可见光催化处理成衣水洗废水*

杨家添 陈 渊，2 刘国聪，2＊＊ 谢祖芳 李朝程

(1.玉林师范学院化学与材料学院，玉林，537000;2.玉林师范学院新材料研发和化学生物传感技术所，玉林，537000)

BiVO4可见光催化处理成衣水洗废水*

杨家添1陈 渊1，2刘国聪1，2＊＊谢祖芳1李朝程1

(1.玉林师范学院化学与材料学院，玉林，537000;2.玉林师范学院新材料研发和化学生物传感技术所，玉林，537000)

成衣水洗废水水质波动大、成分复杂，总体上属于含有一定色度、一定量难生物处理物质的纺织有机废水.因此，治理成衣水洗废水势在必行.BiVO4作为一种新型可见光催化剂得到了人们的广泛关注，但以BiVO4为光催化剂用于模拟废水处理的研究较多，将其应用于成衣水洗废水等实际废水处理的研究还鲜见报道.

本文采用自制的BiVO4对成衣水洗废水进行处理，详细考察催化剂用量、空气流量、溶液pH值、助氧化剂H2O2、光照强度等因素对废水光催化处理的影响，以期为开发成衣水洗废水处理的新工艺提供参考.

1 实验部分

1.1 废水来源

本实验废水取自广西玉林市福绵区某家成衣水洗厂的出水口，水样混浊呈蓝黑色，静置沉淀后取上层水样进行测定，其 CODCr为 961.97 mg·L－1，pH 值为 6.7，废水在 460 nm 处的吸光度为 0.946.

1.2 成衣水洗废水的处理反应

在自制带有循环水的玻璃反应器中进行成衣水洗废水光催化处理实验.称取0.2 g BiVO4(自制)加入到100 mL经静置沉淀后的废水中，避光搅拌30 min以达到吸附平衡，空气通入流量为120 L·h－1，加入助氧化剂H2O21.0 mL，然后将其置于400 W金属卤化物灯(飞利浦亚明照明有限公司)下进行光催化处理，在实验过程中不断进行磁力搅拌，每隔30 min取样1次，离心除去催化剂粉末后，取上清液测定其CODCr和吸光度.

2 结果与讨论

2.1 催化剂用量对废水光催化处理的影响

BiVO4光催化剂用量对光催化处理成衣水洗废水的结果如表1所示.从表1可以看出，添加催化剂后，成衣水洗废水的CODCr去除率明显提高.不加催化剂时，光照反应180 min，成衣水洗废水的CODcr去除率仅为50.32%.废水的CODCr去除率随着催化剂用量的增加从1.0 g·L－1时的75.85%增加到2.0 g·L－1时的 85.17%，但当 BiVO4光催化剂用量增加至3.0 g·L－1时，废水的 CODCr去除率有所下降.实验中最佳催化剂的用量为 2.0 g·L－1.

2.2 空气流量对光催化处理的影响

空气流量对光催化处理成衣水洗废水的影响如表2所示.从表2可以看出，当空气流量为120 L·h－1时，成衣水洗废水的CODCr去除率最高.当空气流量较大时，氧气含量提高，被吸附在催化剂表面的氧(溶解氧)也越多，对光生电子的俘获效果越好，处理效果得到提高.但当空气的流量达到一定程度时，氧气在催化剂表面的吸附趋于饱和，此时再增加氧流量，不会再提高处理的效果.相反，还可能使得氧气与光接触的几率降低，降低其作为氧化剂的作用，使CODCr去除率下降.因此，实验中选取空气流量为120 L·h－1.

表1 BiVO4用量对废水CODCr去除率的影响/%

表2 空气流量对废水CODCr去除率的影响/%

2.3 溶液的pH值对光催化处理过程的影响

溶液的pH值对光催化处理成衣水洗废水的影响如表3所示.从表3可以看出，在中性和偏酸条件下废水的CODCr去除率都较高，当pH=6.7(废水的自然pH值)时CODCr去除率最高，达到85.17%，而当溶液为碱性时CODCr去除率较低.考虑到排放标准要求出水pH值在6—9之间，本试验采用在废水的自然pH值(pH=6.7)下进行处理反应.

2.4 助氧化剂H2O2用量对光催化处理过程的影响

表4是助氧化剂H2O2用量对光催化处理成衣水洗废水的影响.由表4可知，不加H2O2时，光照反应180 min，成衣水洗废水的CODCr去除率为57.99%，随着H2O2的加入及用量的增加，废水的CODCr去除率逐渐增大，但并不是H2O2量越大，CODCr去除效果就越好.当H2O2的加入量占废水体积的1.0% 即1.0 mL时，其去除效果最佳，CODCr去除率达到85.17%，但继续增加H2O2用量时，废水CODCr去除率反而下降.因此，选用1.0 mL H2O2为宜.

表3 pH值对废水CODCr去除率的影响/%

表4 H2O2的加入量对废水CODCr去除率的影响/%

2.5 光照强度对光催化处理的影响

表5是光照强度对光催化处理成衣水洗废水的影响.由表5可知，当光照距离从9 cm的增加到11 cm时，废水CODCr去除率增大.表明减弱光照强度有利于处理反应进行，但当光照距离从13 cm增加到15 cm时，废水CODCr去除率降低.因此，本试验的光照距离以11 cm为宜.

表5 光照强度对废水CODCr去除率的影响/%

在上述最佳条件下，对成衣水洗废水的脱色率进行了研究，未添加催化剂时的废水脱色率180 min后仅为82.53%，而用BiVO4进行光催化剂处理时，吸光度得到大幅度的降低，经180 min光催化反应后，成衣水洗废水的脱色率达到97.55%，溶液几乎无颜色.对所得的成衣水洗废水处理CODCr去除数据进行一级动力学拟合，即按－ln(c/c0)=kt进行拟合，得到成衣水洗废水CODCr去除的表观动力学方程为:－ln(c/c0)=0.01283t+0.0015(R2=0.99453).在相同条件下，不加催化剂，进行空白对照实验的动力学拟合，获得成衣水洗废水光催化处理CODCr去除的表观动力学方程为:－ln(c/c0)=0.00435t+0.02238(R2=0.99311)，上述两个过程的R2均接近1，可认为上述两个反应均为一级反应，反应速率常数分别为0.01283 min－1、0.00435 min－1.添加 BiVO4催化剂进行反应后，反应速率常数增加了2.95倍，说明水热制备的单斜晶系BiVO4晶体对成衣水洗废水CODCr去除过程起到了明显的催化作用.

3 结论

BiVO4具有较高的可见光处理成衣水洗废水效率.在400 W金属卤化物灯离液面11 cm照射反应180 min的条件下，当BiVO4添加量为2.0 g·L－1，通氧量为120 L·h－1，助氧化剂H2O2添加量为1%，废水自然 pH 值时，成衣水洗废水的CODCr去除率为85.17%，脱色率为97.55%.其过程符合一级动力学反应，反应速率常数为0.01283 min－1，是未加催化剂时(0.00435 min－1)的2.95 倍.

2011年3月9日收稿.

*广西教育厅科研项目(No.200808 LX406);玉林师范学院重点科研项目(No.2010YJZD13，2011YJZD14)资助.

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