悬浮型PMR处理偶氮染料酸性红B废水及其过程界面现象研究

论文摘要

光催化膜分离耦合工艺是近年来出现的新型水处理技术,特别是在各种高浓度难降解有机废水的资源化处理上具有独特的优势和巨大的应用潜力。本实验采用悬浮型光催化膜反应器（SPMR）处理偶氮染料酸性红B模拟废水,系统地研究了溶液pH值、Ti02和酸性红B浓度对光催化过程的影响以及酸性红B的矿化效果,探讨了不同pH环境下过滤Ti02悬浮液时Ti02在膜表面的界面效应对膜通量和膜过滤阻力等的影响,得出了SPMR处理偶氮染料酸性红B模拟废水的最佳操作条件,最后测试了进水流速对耦合分离过程的影响,比较了过滤不同体系时膜性能的差异,并着重分析了酸性红B-Ti02-膜相互作用的界面现象及相关机理。实验结果表明,pH为6.0时,在UV=100W、T=20℃、染料初始浓度为50mg·L-1以及催化剂TiO2浓度为0.5g·L-1的最佳光催化操作条件下反应60min后,染料酸性红B的脱色率可达97.9%,矿化速率比脱色稍慢,但经过120min降解,TOC的去除率也高达89%。随着pH值的增大,膜通量衰减率和膜表面TiO2沉积层的阻力Rf都呈现出先减小后增大的趋势,在pH接近TiO2等电点时最小。随着进水流速增大,产水通量增加,出水水质维持稳定。通过四种不同过滤体系中膜性能的分析,SPMR在处理偶氮染料酸性红B时显示了光催化与膜分离过程两者之间良好的耦合效应。在对酸性红B和TiO2混合体系过滤时,与单一体系相比,膜通量衰减率和膜表面TiO2沉积层的阻力Rf都增大,但光催化降解能明显减少TiO2在膜表面的沉积,从而减轻膜污染。染料分子的存在可抑制TiO2颗粒之间的团聚,使得TiO2粒径变小,沉积层更加致密。经光催化降解后,沉积层结构疏松,有利于增大膜通量,减小过滤阻力。研究结果显示,TiO2在膜表面的沉积对膜通量和阻力的影响与水环境中染料-TiO2的相互作用及其在膜表面的界面效应密切相关。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 偶氮染料废水
• 1.3 偶氮染料废水的处理方法
• 1.3.1 吸附法
• 1.3.2 絮凝沉淀法
• 1.3.3 生物法
• 1.4 光催化技术
• 1.4.1 光催化技术的原理
• 1.4.2 光催化技术废水处理中的应用
• 1.4.3 光催化反应器的类型
• 1.4.4 悬浮态光催化剂的分离回收
• 1.5 膜分离技术
• 1.5.1 膜技术的种类和特点
• 1.5.2 微滤和超滤技术
• 1.5.3 超滤膜的污染机理
• 1.6 光催化膜反应器（PMR）
• 1.6.1 固定型光催化膜反应器
• 1.6.2 悬浮型光催化膜反应器
• 1.6.3 影响光催化膜反应器的因素
• 1.6.4 光催化膜反应器（PMR）的应用
• 1.7 课题的意义、主要内容和创新点
• 1.7.1 课题的意义
• 1.7.2 实验的主要内容
• 1.7.3 实验创新点
• 第二章 实验材料与方法
• 2.1 实验材料与实验设备
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 实验设备
• 2.2 实验装置
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 光催化/膜分离及其耦合实验
• 2.3.2 阻力的测定
• 2.4 实验数据分析方法
• 2浓度的确定'>2.4.1 TiO₂浓度的确定
• 2.4.2 反应动力学模型（Langmuir-Hinshelwood）
• 2.4.3 膜压密系数
• 2.4.4 膜过滤阻力的计算
• 第三章 光催化实验过程
• 3.1 pH对吸附及光催化过程的影响
• 2浓度对光催化过程的影响'>3.2 TiO₂浓度对光催化过程的影响
• 3.3 酸性红B浓度对光催化过程的影响
• 3.4 酸性红B矿化研究
• 3.5 本章小结
• 第四章 光催化/超滤膜耦合过程及其界面现象
• 4.1 纯水通量实验
• 2和膜性能的变化'>4.2 不同pH体系中TiO₂和膜性能的变化
• 4.2.1 膜通量的变化
• 4.2.2 膜过滤阻力的变化
• 4.2.3 膜通量和阻力变化的机理研究
• 2界面效应对膜性能的影响'>4.3 酸性红B-TiO₂界面效应对膜性能的影响
• 4.3.1 进水流速对耦合过程的影响
• 4.3.2 膜通量的变化
• 4.3.3 膜过滤阻力的变化
• 2-膜界面现象及分析'>4.3.4 酸性红B-TiO₂-膜界面现象及分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与建议
• 5.1 实验结论
• 5.2 存在的问题与建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文