。8 北京科技大学学报 2007年增刊2 2.2超声波辐射与其它AOPs及添加表面活性剂 与超声波与UV辐射结合的几乎一样，分别为 相结合的情况 40.0%和39.7%.显然，UV辐射所产生的附加0H 当单独应用超声波辐射时，六氯苯的降解速率 基对六氯苯的降解并不重要.而当超声波辐射与光 比较低.为了进一步提高其降解效率，本研究考虑 催化结合时，六氯苯的降解率可提高到49.4%，其 从以下两个方面进行改进：(1)促进OH基的形成； 降解率的提高可能有以下几个原因.()与UV辐 (2)增加反应比表面积.为了促进生成更多的OH 射相比，光催化可产生更多的OH基；(b)光催化所 基，可考虑将超声波辐射与其他AOPs相结合，如 产生的0H基更易存在于Ti02粒子表面，超声波辐 UV(紫外线)辐射或光催化等.为了提高反应比表 射所引起的T02粒子与沉积物粒子的碰撞可以减 面积，可考虑与添加表面活性剂相结合或应用双频 少OH基与吸附于沉积物表面的六氯苯的距离，从 超声波辐射.因为表面活性剂有将六氯苯从沉积物 而提高OH基的质量传输：(c)所添加的TiO2粒子 粒子表面脱附到溶液中的作用，而在高频超声波辐 可促进产生空穴.Nakajima等四在研究水溶液中 射(176kHz)的基础上添加低频辐射(20kHz)可提 1,4一二氧杂环乙烷的超声波降解时，对比了添加 供更强的剪切应力破碎沉积物粒子，从而提高其实 TiO2粒子及添加具有相同比表面积的SiO2粒子的 际的反应比表面积. 影响.研究发现由于TO2结构中固有的氧空位是 22.1与UV辐射或光催化的结合 极佳的空穴的成核区域，因此比SO2更易促进有机 己经被证实，超声波辐射与UV辐射9或光 物的超声波降解. 催化10相结合可以提高水中有机物的降解效率. 60 而且有关文献已经证明.在T02粒子悬浮液中进行 50 超声波辐射可以提高三氯苯酚和苯酚1的降解 40 速度，超声辐射与光催化结合可以引起增效作用. 尽管所有的这些研究都是围绕水溶液中有机物的降 30 解进行的，但当其应用于吸附在固体表面的有机污 20 染物时也许会产生类似的影响. 10 实验装置如图5所示.反应容器是由不锈钢制 US 的双管圆柱构成（内径110mm,高200mm),内管中 US+UV US+UV+1%TiO, 装入500mL的蒸馏水及含有25mg/kg六氯苯的20 g模型沉积物，冷却水流经外管而使试样的温度维 图6UV辐射与光催化对超声辐射降解六氯苯的影响 持在20℃.UV灯(SUV40US-7,Sen Lights Corpo- 相比于后两个原因，第一个原因并不重要.因 ration)置于反应器中部，光波长为253.7nm. 为OH基的生存周期非常短，而当OH基与六氯苯 Thermocouple 反应时，其必须经历一个由液相传递到固相的过程 在此过程中，大部分在液相中产生的OH基都将经 UV light 再聚合反应形成水而无法有效的与六氯苯进行反 Cooling water 应.为了区分后两个原因，又做了在超声波降解六 氯苯的过程中只添加TO2而未施加UV辐射的实 验.实验结果如图7所示. Reactor Cooling water 当添加质量分数为1%的TiO2粒子时，UV辐 射的有无对六氯苯的降解效率并无太大影响.这就 Sonicator 证明了第三个原因是促进六氯苯降解的主要原因， 而且也说明了提高由光催化所产生的OH基的质量 PZ.T transducer inside 传输对于降解沉积物中六氯苯并不重要. 图5实验装置 2.22表面活性剂的影响 在最近的研究中，Li山等13测试了几种非离子 T02粒子（直径为5.0m)用作光催化剂，超声 和阴离子活性剂在土壤一水悬浮液中洗提有机物的 波及UV同时辐射Ih. 能力.研究证实，带有9~12个乙氧基的非离子辛 如图6所示，单一超声波辐射六氯苯的降解率 基和壬基乙氧化物是最有效的表面活性剂.基于2.2 超声波辐射与其它 AOPs 及添加表面活性剂 相结合的情况 当单独应用超声波辐射时, 六氯苯的降解速率 比较低 .为了进一步提高其降解效率, 本研究考虑 从以下两个方面进行改进:( 1) 促进 OH 基的形成 ; ( 2) 增加反应比表面积.为了促进生成更多的 OH 基, 可考虑将超声波辐射与其他 AOPs 相结合, 如 UV( 紫外线) 辐射或光催化等 .为了提高反应比表 面积, 可考虑与添加表面活性剂相结合或应用双频 超声波辐射.因为表面活性剂有将六氯苯从沉积物 粒子表面脱附到溶液中的作用, 而在高频超声波辐 射( 176 kHz) 的基础上添加低频辐射( 20 kHz) 可提 供更强的剪切应力破碎沉积物粒子, 从而提高其实 际的反应比表面积. 2.2.1 与 UV 辐射或光催化的结合 已经被证实, 超声波辐射与 UV 辐射[ 7-8] 或光 催化[ 9-10] 相结合可以提高水中有机物的降解效率 . 而且有关文献已经证明, 在 TiO2 粒子悬浮液中进行 超声波辐射可以提高三氯苯酚[ 7] 和苯酚[ 11] 的降解 速度, 超声辐射与光催化结合可以引起增效作用 . 尽管所有的这些研究都是围绕水溶液中有机物的降 解进行的, 但当其应用于吸附在固体表面的有机污 染物时也许会产生类似的影响 . 实验装置如图 5 所示 .反应容器是由不锈钢制 的双管圆柱构成( 内径 110 mm, 高 200 mm) , 内管中 装入 500mL 的蒸馏水及含有25 mg/kg 六氯苯的 20 g 模型沉积物, 冷却水流经外管而使试样的温度维 持在 20 ℃.UV 灯( SUV40US-7, Sen Lig hts Corpo￾ration) 置于反应器中部, 光波长为 253.7 nm . 图 5 实验装置 TiO2 粒子( 直径为 5.0 μm) 用作光催化剂, 超声 波及 UV 同时辐射 1 h . 如图 6 所示, 单一超声波辐射六氯苯的降解率 与超声波与 UV 辐射结合的几乎一样, 分别为 40.0 %和39.7 %.显然, UV 辐射所产生的附加OH 基对六氯苯的降解并不重要 .而当超声波辐射与光 催化结合时, 六氯苯的降解率可提高到 49.4 %, 其 降解率的提高可能有以下几个原因 .( a) 与 UV 辐 射相比, 光催化可产生更多的 OH 基 ;( b) 光催化所 产生的 OH 基更易存在于 TiO2 粒子表面, 超声波辐 射所引起的 TiO2 粒子与沉积物粒子的碰撞可以减 少 OH 基与吸附于沉积物表面的六氯苯的距离, 从 而提高 OH 基的质量传输 ;( c) 所添加的 TiO2 粒子 可促进产生空穴 .Nakajima 等[ 12] 在研究水溶液中 1, 4-二氧杂环乙烷的超声波降解时, 对比了添加 TiO2 粒子及添加具有相同比表面积的 SiO2 粒子的 影响 .研究发现由于 TiO2 结构中固有的氧空位是 极佳的空穴的成核区域, 因此比 SiO2 更易促进有机 物的超声波降解. 图 6 UV 辐射与光催化对超声辐射降解六氯苯的影响 相比于后两个原因, 第一个原因并不重要 .因 为 OH 基的生存周期非常短, 而当 OH 基与六氯苯 反应时, 其必须经历一个由液相传递到固相的过程. 在此过程中, 大部分在液相中产生的 OH 基都将经 再聚合反应形成水而无法有效的与六氯苯进行反 应 .为了区分后两个原因, 又做了在超声波降解六 氯苯的过程中只添加 TiO2 而未施加 UV 辐射的实 验 .实验结果如图 7 所示 . 当添加质量分数为 1 %的 TiO2 粒子时, UV 辐 射的有无对六氯苯的降解效率并无太大影响.这就 证明了第三个原因是促进六氯苯降解的主要原因, 而且也说明了提高由光催化所产生的 OH 基的质量 传输对于降解沉积物中六氯苯并不重要. 2.2.2 表面活性剂的影响 在最近的研究中, Liu 等[ 13] 测试了几种非离子 和阴离子活性剂在土壤-水悬浮液中洗提有机物的 能力 .研究证实, 带有 9 ～ 12 个乙氧基的非离子辛 基和壬基乙氧化物是最有效的表面活性剂.基于 · 8 · 北 京 科 技 大 学 学 报 2007 年 增刊 2