磺化酞菁钴光催化降解染料废水的研究

论文摘要

染料废水具有成分复杂，色度高、浓度大、毒性强，难降解物质多，水质和水量波动大、不稳定等特点，致使染料废水处理难度大。对于染料工业废水的处理，国外20世纪70年代开始进行了多种探索，包括絮凝沉淀、化学氧化、厌氧及好氧生物工艺处理，国内也有一些研究与应用。但是，单一的物理、化学或生物处理工艺，在去除色度与有毒有机物等方面存在较大的局限性。光催化氧化技术利用光源作为驱动力来活化催化剂，促进氧化还原反应的进行，因而成为一种理想的环境污染治理技术，该方法具有高效、节能、无二次污染等特点，具有诱人的应用前景。本研究利用苯酐-尿素法制备了磺化酞菁钴（CoPcS），并利用FI-TR、VU-vis对产品进行了表征。在均相体系中进行了三种不同类型的染料罗丹明B、亚甲基蓝和甲基橙的降解实验，考察了溶液中催化剂浓度、光照强度、pH值、温度等对降解率的影响。然后采用凹凸棒土固载CoPcS进行了多相催化降解罗丹明B的实验，将其效果与均相催化剂降解罗丹明B效果进行了比较。通过均相CoPcS光催化降解不同类型染料实验得出以下结论：1、CoPcS光催化降解罗丹明B：当催化剂浓度0.6g／L，光照强度250W，罗丹明B浓度8mg／L时，在30min内，罗丹明B的降解率高达91.40％。CoPcS降解罗丹明B的最佳条件：pH值为1，温度40℃，紫外光强250W，CoPcS浓度0.4g／L。通过正交实验及方差计算得出影响因素主次分别为：紫外光强＞pH值＞催化剂浓度＞温度。该反应符合一级动力学方程。2、CoPcS+H2O2光催化降解亚甲基蓝：当催化剂浓度0.2g／L，光照强度250W，亚甲基蓝浓度12mg／L，25％双氧水1ml，在40min内，亚甲基蓝已基本降解完全。其最佳实验条件：温度50℃，光照强度250W，H2O2体积1ml。通过正交实验及方差计算得出影响因素主次为光照强度＞反应温度＞反应时间＞双氧水体积。该反应符合一级动力学方程。3、催化剂光催化降解甲基橙：当催化剂CoPcS浓度0.2g／L，光照强度250W，温度40℃，pH1，甲基橙10mg／L时，在30min内，罗丹明B的降解率高达98.06％。最佳试验条件：pH值为1，催化剂浓度0.2g／L，甲基橙初始浓度15mg／L，温度40℃。影响因素主次为：pH值＞甲基橙初始浓度＞温度＞催化剂浓度，该反应符合零级反应动力学方程。凹凸棒土固载CoPcS多相光催化降解罗丹明B的研究表明：420℃煅烧后凹凸棒土吸附罗丹明B性能最强，固载后的CoPcS在连续使用三次仍然具有较强的降解性能，第3次降解效率仍在80％以上，固载后的催化剂催化性能较固载前有所减弱，催化剂的最佳投加量为4g／L。研究结果表明，CoPcS具有良好的光敏性，是一类有应用价值的光敏化剂，利用均相和多相CoPcS在光催化降解染料废水的实验中均取得了较好的效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 染料废水处理研究现状
• 1.1.1 染料的分类
• 1.1.2 染料结构与生色机理
• 1.1.3 染料废水处理研究现状及处理技术分析
• 1.2 光催化氧化技术发展概况
• 1.2.1 光催化氧化法在印染废水处理中的应用
• 1.2.2 酞菁光敏化性质及其应用
• 1.3 选题的目的和意义
• 1.4 研究内容
• 第二章 磺化酞菁钴的制备及其光催化降解染料废水的机理
• 2.1 光催化剂磺化酞菁钴的制备
• 2.1.1 实验装置和主要药品
• 2.1.2 催化剂的制备与原理
• 2.1.3 磺化酞菁钴的表征
• 2.2 磺化酞菁钴降解染料废水的机理
• 2.3 本章小结
• 第三章 均相磺化酞菁钴降解罗丹明B
• 3.1 实验药品与器材
• 3.2 实验步骤
• 3.3 实验结果及其分析
• 3.3.1 罗丹明B最大吸收波长的测定
• 3.3.2 pH值对降解率的影响
• 3.3.3 紫外光和可见光对降解率的影响
• 3.3.4 温度对降解率的影响
• 3.3.5 曝气量对降解率的影响
• 3.3.6 紫外光强度对降解率的影响
• 3.3.7 催化剂浓度对降解率的影响
• 3.3.8 初始罗丹明B浓度对降解速率与降解总量的影响
• 3.3.9 液相催化剂的循环使用性能
• 3.3.10 磺化酞菁钴降解罗丹明B的动力学研究
• 3.3.11 磺化酞菁钴降解罗丹明B正交实验
• 3.4 本章小结
• 2O₂光催化降解亚甲基蓝'>第四章 磺化酞菁钴 + H₂O₂光催化降解亚甲基蓝
• 4.1 实验装置与主要药品
• 4.2 亚甲基蓝最大吸收波长的确定及降解率求法
• 4.3 实验结果及其分析
• 4.3.1 pH值对亚甲基蓝降解率的影响
• 4.3.2 磺化酞菁钴浓度与亚甲基蓝降解时间之间的关系
• 4.3.3 不同光源对亚甲基蓝降解率的影响
• 4.3.4 温度对降解率的影响
• 4.3.5 光照强度对降解率的影响
• 4.3.6 双氧水浓度对亚甲基蓝降解率的影响
• 4.3.7 初始亚甲基蓝浓度对降解率的影响
• 4.3.8 亚甲基蓝光催化降解动力学研究
• 4.3.9 磺化酞菁钴降解亚甲基蓝正交试验
• 4.4 本章小结
• 第五章 磺化酞菁钴光催化降解甲基橙
• 5.1 甲基橙吸收峰的确定及降解率的求法
• 5.2 实验结果及其分析
• 5.2.1 CoPcS和光照对甲基橙脱色的协同作用研究
• 5.2.2 溶液pH值对甲基橙脱色率的影响
• 5.2.3 催化剂用量对甲基橙脱色率的影响
• 5.2.4 甲基橙初始浓度的影响
• 5.2.5 曝气量的影响
• 5.2.6 光照强度的影响
• 5.2.7 温度的影响
• 5.3 磺化酞菁钴光催化降解甲基橙的动力学常数的确定
• 5.4 磺化酞菁钴光催化降解甲基橙正交实验
• 5.5 本章小结
• 第六章 凹凸棒土固载磺化酞菁钴降解罗丹明B
• 6.1 引言
• 6.1.1 多相催化剂降解染料废水的优点
• 6.1.2 凹凸棒土的由来及性能
• 6.2 实验部分
• 6.2.1 试剂与仪器
• 6.2.2 凹凸棒土的活化和吸附固载磺化酞菁钴
• 6.2.3 固载磺化酞菁钴的凹凸棒土吸附罗丹明B的性能研究
• 6.2.4 固载磺化酞菁钴光催化降解罗丹明B反应
• 6.3 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在读学位期间发表的论文