纳米TiO2光催化降解染料废水反应机理与动力学的研究

论文摘要

随着染料工业的迅速发展,染料种类和数量日益增加,染料废水给环境带来的污染也日益加大,高色度的染料废水是目前公认的有害工业废水之一,其中主要含有染料及染料中间体等难降解的有机物,对染料废水的脱色及降解的研究是世界性的难题和热点。近年来,多相光催化技术用于处理染料废水受到普遍关注。但由于染料分子的复杂性,目前人们对光催化降解过程还缺乏详细的了解,其中一个主要问题是中间产物的鉴定比较困难。本文主要研究内容:（1）本文选择偶氮染料茜素黄R为目标化合物,以纳米TiO2为催化剂,利用HPLC和LC-MS、GC-MS检测了降解过程中生成的中间产物,对茜素黄R的光催化降解反应机理进行了初步研究。（2）为了更好地了解光催化降解茜素黄R的反应机理,以MOPAC/PM3优化的茜素黄R分子稳定几何构型为基准,计算各原子电荷和化学键键长。计算结果表明:羧基上两个氧原子点电荷分别为-0.57272、-0.64224,负电荷密度比较大,成为·OH进攻的最有利位置;羧基和苯环相连的C-C键最不稳定,反应过程中易发生脱羧反应,MOPAC计算结果和LC-MS检测结果一致。（3）在pH值为2.86,二氧化钛催化剂投加量为1.0 g·L-1,光照强度为2350μw·cm-2下,检测不同初始浓度的染料降解过程产生的CO2,从而得到十三种染料的光催化降解动力学曲线,研究表明不同染料的动力学反应均符合Langmuir-Hinshelwood动力学模型。论文主要创新点:采用LC-MS、GC-MS对中间产物进行检测和量子化学计算相结合的方式对茜素黄R的反应机理进行研究;采用实时监测的方式获得TiO2光催化降解十三种不同染料的动力学曲线。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 光催化处理染料废水概述
• 1.1.1 我国染料废水概况
• 1.1.2 染料的分类
• 1.1.3 染料废水的特点
• 1.1.4 染料废水的处理方法
• 1.2 高级氧化技术
• 1.2.1 高级氧化技术概述
• 1.2.2 高级氧化技术的反应机理
• 1.2.3 高级氧化技术的特点
• 2光催化氧化概述'>1.3 TiO₂光催化氧化概述
• 2光催化氧化机理'>1.3.1 纳米TiO₂光催化氧化机理
• 1.3.2 关于反应机理的争议
• 1.4 有机污染物的光催化降解机理
• 1.4.1 被降解有机物的种类
• 1.4.2 有机污染物的光催化降解机理
• 1.5 染料光催化反应机理的研究方法
• 1.5.1 分光光度法
• 1.5.2 半衰期法
• 1.5.3 TOC法
• 1.5.4 ESR法
• 1.5.5 HPLC法
• 1.5.6 离子色谱法
• 1.5.7 色质联用法
• 1.5.8 核磁共振法
• 1.5.9 傅立叶转换红外光谱
• 1.5.10 X射线光电子能谱法
• 1.6 反应机理的量子化学计算方法
• 1.6.1 分子力学方法
• 1.6.2 电子结构理论
• 1.6.3 研究现状
• 1.7 光催化降解染料反应机理的研究现状
• 1.8 染料光催化动力学研究
• 1.9 研究内容和意义
• 1.9.1 模型污染物的选取
• 1.9.2 研究内容
• 1.9.3 研究意义
• 第二章 二氧化钛光催化降解茜素黄R反应机理的研究
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验药品与仪器
• 2.1.2 实验方法与分析方法
• 2.1.3 高效液相色谱分析方法的建立
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 茜素黄R光催化降解过程的紫外-可见分光光度计检测结果
• 2.2.2 茜素黄R光催化降解过程的HPLC检测结果
• 2.2.3 茜素黄R光催化降解过程的GC-MS检测结果
• 2.2.4 茜素黄R光催化降解过程的LC-MS检测结果
• 2.3 本章小结
• 第三章 量子化学计算
• 3.1 茜素黄R的量子化学计算
• 3.2 其它染料的量子化学计算
• 3.2.1 酸性红B染料分子结构和计算结果
• 3.2.2 甲基橙染料分子结构和计算结果
• 3.2.3 活性艳红K-2BP染料分子结构和计算结果
• 3.2.4 活性艳红K-2G染料分子结构和计算结果
• 3.2.5 阳离子桃红FG染料分子结构和计算结果
• 3.3 本章小结
• 2悬浮体系光催化降解染料动力学的研究'>第四章 TiO₂悬浮体系光催化降解染料动力学的研究
• 4.1 实验药品、仪器与装置
• 4.1.1 实验仪器
• 4.1.2 实验药品
• 4.1.3 实验装置
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 实验步骤
• 4.2.2 实验条件
• 4.3 实验结果与讨论
• 4.3.1 光催化降解茜素黄R动力学的研究
• 4.3.2 光催化降解茜素黄GG动力学的研究
• 4.3.3 光催化降解甲基橙动力学的研究
• 4.3.4 光催化降解乙基橙动力学的研究
• 4.3.5 光催化降解溴百里香酚兰动力学的研究
• 4.3.6 光催化降解金橙I动力学的研究
• 4.3.7 光催化降解间甲酚紫动力学的研究
• 4.3.8 光催化降解茜素红动力学的研究
• 4.3.9 光催化降解铬黑T动力学的研究
• 4.3.10 光催化降解亚甲基兰动力学的研究
• 4.3.11 光催化降解甲基紫动力学的研究
• 4.3.12 光催化降解玫瑰红B动力学的研究
• 4.3.13 光催化降解玫瑰桃红R动力学的研究
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 在校期间的研究成果
• 致谢