絮凝-光催化法處理甘蔗糖蜜酒精廢液的工藝及機(jī)理研究.pdf

1、甘蔗糖蜜酒精廢液排放量大,成分復(fù)雜,屬高濃度有機(jī)廢水,是食品與發(fā)酵工業(yè)最嚴(yán)重的污染源之一。本文采用絮凝一光催化聯(lián)合技術(shù)處理甘蔗糖蜜酒精廢液,對(duì)其工藝和影響因素進(jìn)行系統(tǒng)研究;并通過對(duì)廢液中的典型污染模型物進(jìn)行光催化處理,運(yùn)用高效液相色譜、氣相色譜、質(zhì)譜等現(xiàn)代分析手段,深入研究廢液中有機(jī)物降解和脫色的工藝、動(dòng)力學(xué)及機(jī)理,為光催化技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用提供基礎(chǔ)理論依據(jù)。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:
　　 1.選定乳酸作為甘蔗糖蜜酒精廢液的有機(jī)酸

2、污染模型物,對(duì)乳酸進(jìn)行TiO2光催化降解工藝條件、動(dòng)力學(xué)及反應(yīng)機(jī)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(yīng)時(shí)間等因素對(duì)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(yīng)時(shí)間120min,在此條件下乳酸降解率達(dá)99.9％。
　　 (2)動(dòng)力學(xué)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(yīng)為一級(jí)反應(yīng)。乳酸降解速率隨初始濃度的增大而呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)。該光催化氧化過程符合Langmuir-Hinshelwood方程,降解速率動(dòng)力學(xué)方程式為:r0=C0/117.54C0+9.6849,反應(yīng)速率常數(shù)k=0.0085(g·L-1·min-1),表觀吸附平衡常數(shù)K=12.136(L·g-1)。
　　 (3)降解機(jī)理研究:乳酸在TiO2光催化氧化過程中,檢測(cè)到的降解中間產(chǎn)物有乙醇、乙醛、乙酸。

4、乳酸降解的降解反應(yīng)途徑推測(cè)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(zhì)。
　　 2.選定兒茶素(GCG)作為甘蔗糖蜜酒精廢液的色素模型物,對(duì)兒茶素進(jìn)行TiO2光催化降解工藝條件、動(dòng)力學(xué)及反應(yīng)機(jī)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(yīng)時(shí)間等因素對(duì)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(yīng)時(shí)間為120min。在此實(shí)驗(yàn)條件下兒茶素降解率為91.3％。
　　 (2)動(dòng)力學(xué)研究:TiO2光催化氧化降解5～500mg·L-1的兒茶素溶液的反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng)。兒茶素降解速率隨初始濃度的增大而呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)。該光催化氧化過程符合Langmuir-Hinshelwood動(dòng)力學(xué)模型,降解速率動(dòng)力學(xué)方程式為:

6、r0=C0/0.2354C0+17.521,反應(yīng)速率常數(shù)k=4.2481(mg·L-1·min-1),表觀吸附平衡常數(shù)K=0.0134(L·mg-1)。
　　 (3)降解機(jī)理研究:兒茶素在TiO2光催化氧化過程中,檢測(cè)到的降解中間產(chǎn)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(zhì)(C9

7、H10O4),該物質(zhì)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(zhì),并進(jìn)一步氧化為CO2和H2O。
　　 3.采用絮凝法對(duì)甘蔗糖蜜酒精廢液的預(yù)處理工藝進(jìn)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(jìn)行優(yōu)化篩選,并考察pH值、攪拌時(shí)間、攪拌速度等影響因素對(duì)絮凝效果以及光催化效果的影響,得出絮凝預(yù)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(shí)間為10min。在此條件下,將酒精廢液絮凝后進(jìn)行光催化處理,COD去除率和脫色率分別達(dá)91.7％和83.6％。
　　 4.采用TiO2光催化氧化技術(shù)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(yīng)時(shí)間、光源及光強(qiáng)、通氧條件等因素對(duì)廢液光催化降解的影響,利用正交試驗(yàn),確定其最佳工藝條件為:糖蜜酒精廢液稀