纳米级TiO2/多晶硅/UV光催化氧化处理水中苯系物的研究

论文摘要

自1976年以来,对有机物的催化光降解研究受到了各国学者的关注,基于半导体材料（如TiO2）的光催化氧化水处理技术取得了突破性进展,其中选择合适的TiO2的载体是光催化氧化催化剂的重点。多晶硅半导体具有优异的光电效应,将纳米TiO2与多晶硅耦合,可扩大材料的光吸收范围,增强对可见光的吸收,但此方面未见报道。本论文制备了TiO2/多晶硅光催化剂,研究了催化剂的晶型、组成、pH值、反应时间、苯系物初始浓度等对光催化氧化水中苯系物的影响因素,并对光催化氧化的动力学进行了初探。首先,用溶胶-凝胶法将TiO2负载在多晶硅上,用XRD、SEM及FTIR等手段对催化剂进行了表征。结果表明:TiO2/多晶硅中TiO2的晶型比例可以通过改变焙烧温度进行控制,焙烧温度550℃,焙烧2小时,负载2次条件下制备的复合光催化剂光催化氧化的效果最佳,其锐钛矿相与金红石相比例为7:3。其次,设计制作了全混流式反应器和三相流化床反应器,以苯系物模拟废水为研究对象,探讨了光催化氧化的实验条件。结果表明:（1）在全混流式反应器中,当催化剂的投加量1.0g/L,溶液的酸碱度pH为5.8,反应时间为120min时苯系物去除率最高;同时,TiO2/多晶硅光催化剂重复使用9次,苯系物的去除率依然可以达到80%以上,且回收率可以达到90%;（2）在三相流化床反应器中,当UV和光催化剂同时作用,进气流量为5L/min,反应时间为120min时苯系物的去除率最好,可达到92%。最后,考察了初始浓度对光催化氧化降解苯系物的影响,认为苯系物最佳的初始浓度为10mg/L,该反应遵循一级反应动力学规律。总之,TiO2/多晶硅光催化剂在去除水中苯系物等有机物污染物方面具有较好的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 2 的基本性质'>1.2 纳米TiO₂的基本性质
• 2 的晶格和电子结构'>1.2.1 TiO₂的晶格和电子结构
• 2 物理性质的影响'>1.2.2 晶相对TiO₂物理性质的影响
• 1.3 光催化氧化反应的基本原理
• 1.3.1 光催化反应原理
• 1.3.2 光催化反应类型
• 1.3.3 光催化氧化技术的影响因素
• 2 光催化剂的分类、制备方法'>1.4 TiO₂光催化剂的分类、制备方法
• 2 粉体'>1.4.1 纳米TiO₂粉体
• 2 薄膜'>1.4.2 纳米TiO₂薄膜
• 2 光催化剂载体'>1.5 TiO₂光催化剂载体
• 1.5.1 载体的分类
• 1.5.2 多晶硅的性质
• 1.5.3 多晶硅的应用
• 1.6 光催化反应器
• 1.6.1 反应器光源
• 1.6.2 反应器流态
• 1.6.3 聚光反应器
• 1.7 光催化反应的应用
• 1.7.1 空气净化
• 1.7.2 抗菌
• 1.7.3 废水处理
• 1.8 苯系物的性质及其去除现状
• 1.8.1 苯系物的性质
• 1.8.2 苯系物去除现状
• 1.9 本论文研究内容
• 2/多晶硅光催化剂的制备及表征'>第二章 TiO₂/多晶硅光催化剂的制备及表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 药品及仪器
• 2 光催化剂的制备过程'>2.2.2 纳米TiO₂光催化剂的制备过程
• 2.3 结果与讨论
• 2 晶型的影响'>2.3.1 焙烧温度对TiO₂晶型的影响
• 2 粒径的影响'>2.3.2 负载次数对TiO₂粒径的影响
• 2.3.3 焙烧温度和负载次数对催化剂表面形貌的影响
• 2.3.4 焙烧温度对催化剂组成的影响
• 2.4 本章小结
• 2/多晶硅光催化剂活性比较研究'>第三章 TiO₂/多晶硅光催化剂活性比较研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 药品及仪器
• 3.2.2 模拟废水的配置
• 3.2.3 色谱定量分析方法
• 2/多晶硅光催化剂活性评价'>3.2.5 TiO₂/多晶硅光催化剂活性评价
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 不同条件制备的光催化剂催化活性的比较
• 3.3.2 光照时间对苯系物降解效率的影响
• 3.3.3 光照强度对苯系物降解效率的影响
• 3.3.3 光催化剂投加量对光催化降解效率的影响
• 3.3.4 苯系物的初始浓度对光催化降解效率的影响
• 3.3.5 pH 值对光催化降解效率的影响
• 3.3.6 使用次数对光催化降解效率的影响
• 3.3.7 不同载体对光催化剂去除效果的影响
• 3.4 本章小结
• 2/多晶硅光催化剂用于流化床反应器的研究'>第四章 TiO₂/多晶硅光催化剂用于流化床反应器的研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 药品和仪器
• 4.2.2 模拟废水的配置
• 4.2.3 色谱定量分析方法
• 2/多晶硅光催化用于内循环三相流化床反应器的实验'>4.2.4 TiO₂/多晶硅光催化用于内循环三相流化床反应器的实验
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 光催化剂和UV 用在流化床反应器中的作用
• 4.3.2 曝气量对光催化剂去除效率的影响
• 4.3.3 溶液的初始浓度对其催化活性的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论和建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 附录 攻读硕士期间发表的论文
• 作者简历