BiPO4光催化协同O3/H2O2处理含硫脲光伏废水的研究

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可再生能源目前已经占据了人类能源中的重要地位,光伏产业也因此得到了快速的发展。但是,在太阳能电池的制作过程中会产生高浓度的有机废水,严重威胁着地球环境和人类健康。本研究以实际光伏生产厂的车间废水为处理对象,该废水具有较高浓度的硫脲,而硫脲是一种具有毒性的有机物,会影响人类健康且不能被生物处理;除此之外,废水中含盐量较高,后续处理中不能够继续引入新的盐类物质。因此,本研究针对此废水研发了新型O3/H2O2+BiPO4/UV协同工艺,并对此工艺处理含硫脲光伏废水进行了具体的研究工作。(1)研究中利用Design Expert 8.0对实验进行了设计,采用响应面分析和方差分析选择了反应初始的各项条件,在O3浓度为55.71mg/L、过氧化氢初始投加量为435 mg/L以及pH为9.20的条件下,O3/H2O2工艺可以有效降解废水中的硫脲,30分钟内可以降解89.14%,150分钟内可以将硫脲完全降解。(2)通过BiPO4与TiO2光催化剂的对比发现,BiPO4相比TiO2可以更加高效的降低废水TOC并提高过氧化氢利用效率。处理过程中,BiPO4/UV降低了30.875mg/L TOC,并可以在60分钟内将O3/H2O2段处理后剩余的74.47mg/L H2O2完全利用。除此之外,通过SEM和FTIR分析发现,BiPO4光催化剂在使用前后没有发生明显变化,证明其可以多次重复利用。(3)对O3/H2O2+BiPO4/UV协同工艺进行了系统的研究发现,O3/H2O2+BiPO4/UV协同工艺较其他多种工艺具有更好的TOC去除效果,是O3/H2O2工艺的1.8倍、BiPO4/UV/H2O2工艺的1.5倍以及O3/H2O2+UV工艺的1.9倍。且其具有更好的过氧化氢利用效率,可以在60分钟内将剩余过氧化氢完全利用,并且促进羟基自由基的生成速率。另外,研究发现70 mg/L的过氧化氢对BiPO4/UV段具有促进作用,浓度过高会对协同工艺产生抑制作用。除此之外,0.5 g/L BiPO4光催化剂具有最好的TOC去除效果和催化剂利用效率。(4)通过UPLC-IM-QTOF-MS检测了降解过程中生成的中间产物,分析了硫脲的降解机理和途径,研究发现,硫脲先被O3/H2O2段生成的羟基自由基氧化以及过氧化氢和臭氧的直接氧化,生成二氧化硫脲和三聚氰胺。之后BiPO4/UV段作为第二步产生空穴对硫脲进行空穴氧化,将二氧化硫脲和三聚氰胺转化成双缩脲并进一步氧化成H2O和CO2
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