絮凝-光催化法處理甘蔗糖蜜酒精廢液的工藝及機理研究.pdf

1、甘蔗糖蜜酒精廢液排放量大,成分復雜,屬高濃度有機廢水,是食品與發(fā)酵工業(yè)最嚴重的污染源之一。本文采用絮凝一光催化聯合技術處理甘蔗糖蜜酒精廢液,對其工藝和影響因素進行系統(tǒng)研究;并通過對廢液中的典型污染模型物進行光催化處理,運用高效液相色譜、氣相色譜、質譜等現代分析手段,深入研究廢液中有機物降解和脫色的工藝、動力學及機理,為光催化技術的工業(yè)化應用提供基礎理論依據。主要研究內容和結果如下:
　　 1.選定乳酸作為甘蔗糖蜜酒精廢液的有機酸

2、污染模型物,對乳酸進行TiO2光催化降解工藝條件、動力學及反應機理的研究。
　　 (1)工藝研究:考察了乳酸初始濃度、TiO2催化劑用量、反應時間等因素對乳酸光催化降解的影響,確定其最佳工藝條件為:采用300W中壓紫外汞燈,光照過程中持續(xù)通入空氣鼓泡,乳酸初始濃度0.5g·L-1、TiO2量0.20g·L-1、反應時間120min,在此條件下乳酸降解率達99.9％。
　　 (2)動力學研究:TiO2光催化氧化降解0.05

3、～1.00g·L-1的乳酸溶液的反應為一級反應。乳酸降解速率隨初始濃度的增大而呈現增大的趨勢。該光催化氧化過程符合Langmuir-Hinshelwood方程,降解速率動力學方程式為:r0=C0/117.54C0+9.6849,反應速率常數k=0.0085(g·L-1·min-1),表觀吸附平衡常數K=12.136(L·g-1)。
　　 (3)降解機理研究:乳酸在TiO2光催化氧化過程中,檢測到的降解中間產物有乙醇、乙醛、乙酸。

4、乳酸降解的降解反應途徑推測為:乳酸首先被氧化降解生成乙醇和CO2,之后乙醇氧化為乙醛,乙醛繼而氧化成乙酸,最終礦化為CO2和H2O等小分子物質。
　　 2.選定兒茶素(GCG)作為甘蔗糖蜜酒精廢液的色素模型物,對兒茶素進行TiO2光催化降解工藝條件、動力學及反應機理的研究。
　　 (1)工藝研究:考察了兒茶素初始濃度、TiO2催化劑用量、pH值和反應時間等因素對兒茶素光催化降解的影響,確定其最佳工藝條件為:采用300W中

5、壓紫外汞燈,光照過程中持續(xù)通入空氣鼓泡,兒茶素初始濃度為100mg·L-1,TiO2用量為30mg·L-1、pH值為8.0、反應時間為120min。在此實驗條件下兒茶素降解率為91.3％。
　　 (2)動力學研究:TiO2光催化氧化降解5～500mg·L-1的兒茶素溶液的反應為一級反應。兒茶素降解速率隨初始濃度的增大而呈現增大的趨勢。該光催化氧化過程符合Langmuir-Hinshelwood動力學模型,降解速率動力學方程式為:

6、r0=C0/0.2354C0+17.521,反應速率常數k=4.2481(mg·L-1·min-1),表觀吸附平衡常數K=0.0134(L·mg-1)。
　　 (3)降解機理研究:兒茶素在TiO2光催化氧化過程中,檢測到的降解中間產物有沒食子酸、表沒食子兒茶素、焦性沒食子酸。兒茶素在TiO2光催化氧化作用下,生成沒食子酸和表沒食子兒茶素;沒食子酸脫羧降解生成焦性沒食子酸和CO2;表沒食子兒茶素降解為焦性沒食子酸和未知名物質(C9

7、H10O4),該物質被逐漸氧化降解為CO2和H2O;焦性沒食子酸分子上的苯環(huán)開環(huán)斷裂生成小分子物質,并進一步氧化為CO2和H2O。
　　 3.采用絮凝法對甘蔗糖蜜酒精廢液的預處理工藝進行研究,選用聚氯化鋁(PAC)、聚丙烯酰胺(PAM)、殼聚糖、PAC-殼聚糖、PAC-PAM五種絮凝劑進行優(yōu)化篩選,并考察pH值、攪拌時間、攪拌速度等影響因素對絮凝效果以及光催化效果的影響,得出絮凝預處理最佳工藝條件為:常溫下,甘蔗糖蜜酒精廢液的p

8、H值為8.0,PAC用量為3.0g·L-1、PAM用量為90mg·L-1,攪拌速度為200r·min-1、攪拌時間為10min。在此條件下,將酒精廢液絮凝后進行光催化處理,COD去除率和脫色率分別達91.7％和83.6％。
　　 4.采用TiO2光催化氧化技術處理甘蔗糖蜜酒精廢液,考察了TiO2催化劑用量、pH值、濃度、反應時間、光源及光強、通氧條件等因素對廢液光催化降解的影響,利用正交試驗,確定其最佳工藝條件為:糖蜜酒精廢液稀