玻璃弹簧负载TiO2膜型光催化剂的制备及双光源光催化降解模拟印染废水的研究

论文摘要

21世纪人类社会面临的最大困难是解决环境和能源问题，水污染已经引起了社会各界关注，太阳能的有效利用是解决能源枯竭的最完美方法。以TiO2为代表的光催化剂具有直接把光能转化为化学能，彻底矿化废水中有机物的功能，因此光催化是一种环境友好的污水处理技术，目前能激发光催化反应的光源主要局限在紫外光区，开发最大程度利用太阳光的光催化反应具广阔发展前景。本文着眼于我国染料废水的污染现状，研究了玻璃弹簧负载TiO2膜型光催化剂的制备、设计了双光源光催化降解印染废水反应器及对代表性染料进行了双光源组合的光催化降解。本实验以钛酸四丁酯为原料制备TiO2溶胶-凝胶，采用浸渍-提拉法制备负载型光催化剂，通过SEM、AFM、UV-vis对薄膜进行表征。以太阳光、紫外灯管为激发光源，在自制的反应器中进行降解代表性染料的研究。所得结论如下：（1）TiO2溶胶-凝胶溶液有良好的稳定性，可用于负载型光催化剂的制备。（2）普通的镀膜工艺存在缺陷，需要进行改进，利用改进后的工艺所制备的TiO2膜光催化剂，透光性能好、负载强度高、剥落物少。（3）薄膜型催化剂，纳米粒子的粒径在50nm左右，薄膜厚度在200nm左右。（4）负载型催化剂，其负载量随着薄膜层数增加而增加，但有一个极限值，最佳镀膜层数为5层。（5）双光源反应器将太阳光源、人工光源（紫外灯管）、反光装置三者很好地进行了组合，而且可以直接利用太阳光进行降解反应，具有广阔实际应用前景。（6）双光源器具有明显组合优势，人工光源可以弥补太阳光源的不稳定、时效性差的缺点，太阳光源可以弥补人工光源成本高的不足，两者相互补充，而且单光源单独使用时，降解效果良好。通过太阳光光催化降解染料废水的实验，发现：（1）由于玻璃弹簧独特的中空结构，负载效果优于相同质量玻璃微珠载体。（2）染料溶液的初始浓度、pH值、流速对染料的降解效果均有显著影响。（3）太阳光光源和紫外灯管均可激发光催化反应，两者可相互补充利用。（4）在金属沉积的研究基础上，对负载型薄膜催化剂进行复合处理，复合后其负载强度明显提高，并且催化性能也有所提高。（5）催化剂经过复合处理，可以降低催化剂的制备成本，经济性良好，在废水处理领域中有着广阔开发前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 第一章 文献综述
• 1.1 概述
• 1.2 光催化剂研究现状
• 1.2.1 光催化反应机理
• 1.2.2 光源的利用
• 1.2.3 催化剂的改性
• 1.3 光催化在水处理中的应用
• 1.3.1 催化剂的制备
• 1.3.1.1 催化剂的涂覆方式
• 1.3.1.2 催化剂的固定方法
• 1.3.2 催化剂载体的选择
• 1.3.3 催化反应器研究
• 1.4 光催化反应效率的影响因素
• 1.4.1 复相反应系统
• 1.4.2 负载方法
• 1.4.3 晶相组成
• 1.4.4 晶粒尺寸
• 2比表面积和表面预处理'>1.4.5 TiO₂比表面积和表面预处理
• 2薄膜的厚度'>1.4.6 TiO₂薄膜的厚度
• 2薄膜的化学计量比偏离及氧空位'>1.4.7 TiO₂薄膜的化学计量比偏离及氧空位
• 1.5 光催化应用实例
• 1.5.1 含氰废水的处理
• 1.5.2 有机污染物的处理
• 1.6 光催化的发展前景
• 1.7 研究目的和意义
• 第二章 实验材料及方法
• 2.1 主要仪器设备、药品及材料
• 2.1.1 实验仪器
• 2.1.2 实验试剂及材料
• 2.2 催化剂载体的选择
• 2.2.1 玻璃弹簧
• 2.2.2 玻璃微珠
• 2.3 实验装置
• 2.3.1 催化剂前驱液的配制
• 2.3.2 提拉装置
• 2.3.3 多光源反应系统
• 2.4 染料降解效果分析方法
• 2.4.1 脱色率的测定
• 2.4.2 化学需氧量的测定（重铬酸钾法）
• 2薄膜光催化剂载体比较实验'>第三章 TiO₂薄膜光催化剂载体比较实验
• 3.1 催化剂煅烧温度的选择
• 3.2 载体的预处理
• 3.3 降解染料选择
• 3.3.1 活性深蓝
• 3.3.2 降解染料吸收峰的测定
• 3.4 最佳镀膜条件的确定
• 3.4.1 玻璃片载体的选择
• 3.4.2 镀膜工艺的改进
• 2薄膜的UV-vis透过率曲线'>3.4.3 普通工艺制备TiO₂薄膜的UV-vis透过率曲线
• 2膜的SEM图片'>3.4.4 两种TiO₂膜的SEM图片
• 2膜的AFM图片'>3.4.5 两种TiO₂膜的AFM图片
• 2薄膜催化剂的制备'>3.5 负载型TiO₂薄膜催化剂的制备
• 3.5.1 玻璃弹簧负载型
• 3.5.2 玻璃珠负载型
• 3.6 载体对比性实验
• 3.7 本章结论
• 第四章 双光源光催化降解染料溶液实验
• 4.1 研究目的及意义
• 4.2 双光源反应器组装效果
• 4.3 双光源降解染料溶液实验
• 4.3.1 溶液的初始pH值对降解率的影响
• 4.3.2 溶液初始浓度对降解率的影响
• 4.3.3 流速对降解率的影响
• 4.4 本章结论
• 第五章 单光源降解单一及混合染料溶液实验
• 5.1 研究目的及意义
• 5.2 降解染料的选择
• 5.2.1 酸性蓝193
• 5.2.2 弱酸性艳蓝RAWL
• 5.2.3 中性艳蓝S-5GL
• 5.3 染料溶液最大吸收波长
• 5.4 单光源降解染料及化学需氧量的测定
• 5.5 模拟混合染料降解实验
• 5.5.1 混合染料降解实验
• 5.5.2 混合染料化学需氧量的测定
• 5.6 本章结论
• 2薄膜催化剂的研究'>第六章 复合型TiO₂薄膜催化剂的研究
• 6.1 研究目的及意义
• 3/TiO₂复合型催化剂'>6.2 CaCO₃/TiO₂复合型催化剂
• 3/TiO₂制备方法'>6.2.1 CaCO₃/TiO₂制备方法
• 6.2.2 5层复合型薄膜催化剂
• 6.2.3 10层复合型薄膜催化剂
• 6.2.4 染料降解实验
• 2复合型催化剂'>6.3 AgCl/TiO₂复合型催化剂
• 2制备方法'>6.3.1 AgCl/TiO₂制备方法
• 6.3.2 5层复合型薄膜催化剂
• 6.3.3 10层复合型薄膜催化剂
• 6.3.4 染料降解实验
• 4/TiO₂复合型催化剂'>6.4 BaSO₄/TiO₂复合型催化剂
• 4/TiO₂制备方法'>6.4.1 BaSO₄/TiO₂制备方法
• 6.4.2 5层复合型薄膜催化剂
• 6.4.3 10层复合型薄膜催化剂
• 6.4.4 染料降解实验
• 6.5 本章结论
• 论文工作总结
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表的学术论文