二氧化钛光催化降解木质素类模型物—对羟基苯丙酸

论文摘要

造纸废水尤其是造纸黑液是水污染的主要来源之一,木素具有在自然条件下不易降解和较低水的透明度两大特点,使造纸废水难于处理。半导体光催化氧化技术可以将许多难降解的有机污染物氧化分解为无毒、无害的小分子物质。Ti02光催化氧化技术具有高效、彻底、选择性小等特点,在光催化过程中有机污染物会被氧化分解生成C02、H20、无机盐等而矿化。本论文采用圆柱型光催化反应器,以紫外灯作光源,二氧化钛作光催化剂,采用外循环冷却的悬浮态多相光催化反应体系,对含有木素类模型物-对羟基苯丙酸的有机废水进行催化降解实验研究。在实验室内采用溶胶-凝胶法自制了超细二氧化钛光催化剂,考察制备过程中的多个因素对二氧化钛催化活性的影响,实验表明：最佳工艺条件为（试剂均为分析醇）,反应室温25℃左右,盐酸调节pH为2-3,V（钛酸丁酯）:V（无水乙醇）:V（冰醋酸）.:V（蒸馏水）=1.10mL:60mL:4mL：8mL。本论文主要选择造纸废水中木素类模型物一单一的化合物-对羟基苯丙酸（HL）作为目标降解物质,讨论光源、酸碱度、反应溶液初始浓度、催化剂用量、曝气量等因素对对羟基苯丙酸光催化降解速率的影响。对对羟基苯丙酸在催化剂Ti02表面上的吸附行为进行研究。在吸附研究的基础上研究对羟基苯丙酸的光降解反应动力学特性。实验表明,溶液中对羟基苯丙酸在Ti02上的吸附60min内可以达到平衡,通过Langmuir吸附定律可得对羟基苯丙酸在Ti02表面上的吸附常数和最大吸附量,引入Langmuir-Hinshlwood反应动力学模型建立对羟基苯丙酸的降解动力学方程。在一定降解条件下,对对羟基苯丙酸类木质素（HL）光催化降解的动力学和机理进行了研究。实验结果表明,HL的光催化降解过程包括吸附和降解两个过程,HL在TiO2光催化剂表面上的吸附常数Ka=1.597×10-2,最大吸附量Qmax=20.161mg.g-1,运用L-H方程讨论了HL的降解动力学,并得到反应动力学方程1/r=6.8823/C+0.1099。对对羟基苯丙酸单因素降解实验结果表明,暗反应60min后,溶液中对羟基苯丙酸在Ti02催化剂表面可以达到吸附解吸平衡,Ti02表面饱和吸附量为起始浓度的7.1%；根据降解吸光度曲线,当Ti02用量为0.4g.L-1、pH值为3、连续曝气和搅拌条件下,经一定光强紫外光照射20h,初始浓度为70mg.L-1的溶液去除率达到68%,继续光照12h,最终可以完全矿化。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 引言
• 1.2 造纸工业废水污染
• 1.2.1 国内外造纸废水行业的现状
• 1.2.2 我国造纸行业废水处理技术
• 1.3 木素
• 1.3.1 木素的存在结构
• 1.3.2 木素的化学构造
• 1.4 光催化技术简介
• 1.4.1 光催化技术概述
• 1.4.2 光催化技术的发展和应用
• 1.4.3 光催化技术在处理造纸废水中的应用
• 1.5 二氧化钛光催化基本原理
• 1.6 二氧化钛光催化活性
• 1.6.1 催化剂
• 1.6.2 光源和光强
• 1.6.3 有机物浓度
• 1.6.4 pH值
• 1.6.5 外加催化剂
• 1.6.6 盐
• 1.6.7 反应温度
• 1.6.8 表面螯合和共价作用的吸附物
• 2光催化反应器'>1.7 纳米TiO₂光催化反应器
• 2光催化技术的应用'>1.8 纳米TiO₂光催化技术的应用
• 2光催化降解有机污染物'>1.8.1 TiO₂光催化降解有机污染物
• 2光催化杀菌'>1.8.2 TiO₂光催化杀菌
• 1.9 本课题研究任务及研究路线
• 2 二氧化钛的制备
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 化学试剂
• 2.2.2 实验仪器
• 2.2.3 制备二氧化钛的工艺流程
• 2.3 结果和讨论
• 2.3.1. 加水方式对凝胶速率的影响
• 2溶胶-凝胶时间即凝胶状态的影响'>2.3.2 加水量对TiO₂溶胶-凝胶时间即凝胶状态的影响
• 2溶胶凝胶时间及纳米粉体晶粒大小的影响'>2.3.3 溶剂对TiO₂溶胶凝胶时间及纳米粉体晶粒大小的影响
• 2溶胶凝胶时间的影响'>2.3.4 抑制剂对TiO₂溶胶凝胶时间的影响
• 2.3.5 pH值对凝胶时间的影响
• 2.3.6 温度对凝胶时间的影响
• 2.4 本章小结
• 3 二氧化钛光催化降解对羟基苯丙酸的研究
• 3.1 引言
• 3.2 木素及其模拟物-对羟基苯丙酸（HL）
• 3.3 实验部分
• 3.3.1 化学试剂及实验仪器
• 3.3.2 绘制HL溶液的C-A标准曲线
• 3.3.3 二氧化钛吸附实验及吸附平衡的测定
• 3.3.4 实验分析方法
• 3.3.5 实验装置图
• 2表面吸附实验'>3.4 TiO₂表面吸附实验
• 3.5 降解单因素对降解率的影响
• 3.5.1 光源对降解的影响
• 3.5.2 光照时间对降解的影响
• 3.5.3 溶液初始浓度对降解的影响
• 3.5.4 催化剂用量对降解的影响
• 3.5.5 溶液pH值对降解的影响
• 3.5.6 曝气量对降解的影响
• 3.6 本章小结
• 4 二氧化钛光催化降解对羟基苯丙酸的动力学解析
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验原料及仪器
• 4.2.2 实验方法
• 4.3 实验结果与讨论
• 4.3.1 对羟基苯丙酸动力学的研究方法
• 4.3.2 降解动力学实验结果
• 4.4 本章小结
• 5 对羟基苯丙酸降解机理研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验方法和药品
• 5.3 对羟基苯丙酸的矿化程度
• 5.4 功能团显色反应实验结果和讨论
• 5.4.1 酚羟基的检验
• 5.4.2 不饱和键的检验
• 5.4.3 芳烃
• 5.5 本章小结
• 6 结论
• 7 展望
• 2光催化氧化技术的优点'>7.1 纳米TiO₂光催化氧化技术的优点
• 7.2 该领域的研究中还存在着诸多问题
• 8 参考文献
• 9 论文发表情况
• 10 致谢