UV/纳米TiO2/O3协同降解水溶液中有机物的研究

论文摘要

本论文采用UV/纳米TiO2/O3协同作用对城市有机废水进行处理。分别采用溶胶法、溶胶-凝胶法、水解法制备纳米二氧化钛,共制备六组不同的纳米二氧化钛样品。然后将纳米二氧化钛样品作为催化剂与臭氧协同作用降解甲基橙,通过甲基橙的降解效果来表征纳米二氧化钛的催化性能,采用热重-差热分析仪、激光粒度分析仪、扫描电子显微镜和X射线衍射分析仪进行表征。确定催化性能最好的纳米二氧化钛和臭氧协同作用,用于降解甲基橙、十六烷基苯磺酸钠、蛋白质、油脂。得到如下结论:纳米二氧化钛与臭氧协同作用降解甲基橙的反应中,采用溶胶法制备的样品Ⅰ降解甲基橙时表现出最好的催化效果,30分钟的降解率高达到95%;差热-热重分析、粒度分析、扫描电镜和X射线衍射结果显示:样品Ⅰ具有较高的分散度和化学纯度,平均粒径为40～50nm。UV/纳米TiO2/O3协同作用降解甲基橙的初步实验显示协同作用的最佳反应条件为:时间为30分钟,催化剂添加量为1g/L,溶液的pH为3,光照强度为60W;催化剂的热处理温度为500℃;在20℃～40℃范围内温度对的降解率的影响不大。动力学研究结果显示:初始浓度越大,完全光催化降解时的反应时间越长,其光催化反应符合拟一级动力学方程。UV/纳米TiO2/O3协同作用降解十六烷基苯磺酸钠、蛋白质和油脂的实验显示:协同作用降解十六烷基苯磺酸钠13h的降解率82.1%,对蛋白质协同120 min的降解率为52.1%,油脂24h的降解率为65.1%。正交实验结果表明协同作用的最优工艺条件分别为:SDBS,催化剂的添加量为1.0 g/L,光照时间为15min,pH值为3;蛋白质,催化剂的添加量为1.0g/L,光照时间为120min,pH值为7;油脂,催化剂的添加量为1.5g/L,光照时间为5min,pH值为11。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1 纳米科技
• 1.1 纳米材料
• 1.2 纳米材料的特殊物理及化学效应
• 1.3 纳米二氧化钛及光催化作用
• 1.4 纳米二氧化钛的制备
• 1.4.1 直接沉淀法
• 1.4.2 均匀沉淀法
• 1.4.3 水热法
• 1.4.4 水解法
• 1.4.4.1 醇盐水解法
• 1.4.4.2 钛盐直接强迫水解法
• 1.4.5 溶胶-凝胶法
• 1.4.6 微乳液法
• 1.4.7 胶溶法
• 2存在的主要问题'>1.4.8 制备纳米TiO₂存在的主要问题
• 2 臭氧
• 2.1 臭氧的物理与化学性质
• 2.2 臭氧的制备
• 3 纳米二氧化钛和臭氧在水处理方面的应用现状
• 3.1 我国水资源现状与传统水处理方法
• 3.2 纳米二氧化钛水处理方面的应用现状
• 3.2.1 印染废水
• 3.2.2 农药废水
• 3.2.3 造纸废水
• 3.2.4 表面活性剂废水
• 3.2.5 其它废水
• 3.2.6 废水工业化处理存在的问题及发展方向
• 3.3 臭氧的应用现状
• 3.3.1 作为消毒剂使用
• 3.3.2 用于去除水中杂质
• 3.3.3 处理剩余污泥
• 4 选题来源、目的、意义及本实验的创新之处
• 第二章 纳米二氧化钛的制备和表征
• 1 引言
• 2 仪器与试剂
• 2.1 主要仪器与试剂表
• 2.2 主要仪器的工作参数
• 2.2.1 差热-热重分析仪器
• 2.2.2 激光粒度分析仪
• 2.2.3 扫描电子显微镜
• 2.2.4 X射线衍射分析仪
• 3 实验方法
• 3.1 纳米二氧化钛的制备方法
• 3.1.1 溶胶法
• 3.1.2 溶胶-凝胶法
• 3.1.3 水解法
• 3.2 催化剂的表征方法
• 2的催化性能表征'>3.2.1 纳米TiO₂的催化性能表征
• 2的仪器表征方法'>3.2.2 纳米TiO₂的仪器表征方法
• 3.2.2.1 TG-DTA谱图分析
• 3.2.2.2 粒度比较
• 3.2.2.3 扫描电子显微镜检测结果分析
• 3.2.2.4 X射线衍射谱图讨论
• 4 小结
• 2/O₃协同降解甲基橙的研究'>第三章 UV/纳米TiO₂/O₃协同降解甲基橙的研究
• 1 前言
• 2 试验部分
• 2.1 试剂与仪器
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 甲基橙溶液配置与浓度检测
• 2.2.2 光催化反应器
• 2.2.3 光催化反应
• 3 结果与讨论
• 2光催化剂的催化性能比较'>3.1 不同方法制备纳米TiO₂光催化剂的催化性能比较
• 3.2 单独降解与协同降解甲基橙的对比实验
• 3降解甲基橙实验'>3.2.1 O₃降解甲基橙实验
• 2降解甲基橙实验'>3.2.2 UV/纳米TiO₂降解甲基橙实验
• 2/O₃协同降解甲基橙实验'>3.2.3 UV/纳米TiO₂/O₃协同降解甲基橙实验
• 3.3 协同降解实验的单因素实验
• 3.3.1 时间对光催化甲基橙降解率的影响
• 2光催化剂加入量对降解率的影响'>3.3.2 纳米TiO₂光催化剂加入量对降解率的影响
• 3.3.3 溶液PH值对完全降解时间的影响
• 3.3.4 紫外光强度对完全降解时间的影响
• 3.3.5 温度对完全降解时间的影响
• 3.3.6 催化剂的热处理温度对催化剂效率的影响
• 3.3.7 甲基橙初始浓度对催化反应的影响
• 3.3.7.1 溶液初始浓度对甲基橙降解率的影响
• 3.3.7.2 溶液初始浓度对完全光催化降解反应时间的影响
• 2/O₃协同降解甲基橙的最佳工艺条件的确定'>3.4 UV/纳米TiO₂/O₃协同降解甲基橙的最佳工艺条件的确定
• 2/O₃协同降解甲基橙的过程动力学特征探讨'>3.5 UV/纳米TiO₂/O₃协同降解甲基橙的过程动力学特征探讨
• 3.5.1 初始浓度对光催化降解速率的影响
• 3.5.2 动力学分析
• 4 结论
• 2/O₃协同降解水溶液中的有机物'>第四章 UW纳米TiO₂/O₃协同降解水溶液中的有机物
• 1 前言
• 2 试验部分
• 2.1 试剂与仪器
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 SDBS溶液的配置与浓度检测
• 2.2.2 蛋白质待处理液的配置与浓度检测
• 2.2.3 油脂待处理液的配置与浓度检测
• 2.2.4 正交分析实验
• 3 结果与讨论
• 3.1 降解水溶液中的SDBS
• 2光催化降解水溶液中的SDBS实验结果'>3.1.1 纳米TiO₂光催化降解水溶液中的SDBS实验结果
• 3降解水溶液中的SDBS实验结果'>3.1.2 O₃降解水溶液中的SDBS实验结果
• 2/O₃光催化降解水溶液中的SDBS实验结果'>3.1.3 UV/纳米TiO₂/O₃光催化降解水溶液中的SDBS实验结果
• 3.1.4 降解水溶液中的SDBS正交实验结果
• 3.2 降解水溶液中的蛋白质
• 2光催化降解水溶液中的蛋白质实验结果'>3.2.1 纳米TiO₂光催化降解水溶液中的蛋白质实验结果
• 3降解水溶液中的蛋白质实验结果'>3.2.2 O₃降解水溶液中的蛋白质实验结果
• 2/O₃光催化降解水溶液中的蛋白质实验结果'>3.2.3 UV/纳米TiO₂/O₃光催化降解水溶液中的蛋白质实验结果
• 3.2.4 降解水溶液中的蛋白质正交实验结果
• 3.3 降解水溶液中的油脂
• 2光催化降解水溶液中的油脂实验结果'>3.3.1 纳米TiO₂光催化降解水溶液中的油脂实验结果
• 3降解水溶液中的油脂实验结果'>3.3.2 O₃降解水溶液中的油脂实验结果
• 2/O₃光催化降解水溶液中的油脂实验结果'>3.3.3 UV/纳米TiO₂/O₃光催化降解水溶液中的油脂实验结果
• 3.3.4 降解水溶液中的油脂正交实验结果
• 3.4 机理分析
• 2表面的光催化作用'>3.4.1 纳米TiO₂表面的光催化作用
• 3.4.2 臭氧在水中的分解机理和动力学
• 2对臭氧的吸附作用'>3.4.3 纳米TiO₂对臭氧的吸附作用
• 4 小结
• 第五章 结论与建议
• 1 结论
• 2 建议
• 参考文献
• 附录1 致谢
• 附录2 作者简介