光催化法降解饮用水源水中腐殖酸和苯酚的试验研究

论文摘要

本文采用溶胶—凝胶法制备光催化剂TiO2,将其负载于硅胶（SiO2）上,同时进行改性掺杂。以腐殖酸为目标物,进行光催化氧化研究,通过降解苯酚对机理进行探讨。使用X射线衍射仪（X-Ray Diffraction,XRD）,傅里叶变化红外光谱仪（Fourier Transform Infrared spectrum,FTIR）,UV-VIS（Ultraviolet-visible Absorption Spectrometry）对经改性制备的光催化剂进行表征,考察不同煅烧温度及制备方法的光催化性能,与商品光催化剂P25进行对比。结果表明改性能使光催化剂的结构发生变化,光谱响应范围扩大。煅烧温度为500℃时获得的光催化剂的光催化效果最佳,与P25相比光催化降解能力相近。同时在模拟自然光下,进行改性TiO2与未改性TiO2的对比。论文系统考察了光催化剂对腐殖酸的吸附与光催化氧化能力、曝气、不同腐殖酸初始浓度、不同光催化剂浓度等对光催化效果的影响。同时考察了光催化氧化腐殖酸的动力学,光催化剂的重复使用能力和对松花江水的光催化氧化。试验结果表明,通过光催化剂对腐殖酸的吸附作用可以去除20%的腐殖酸,而通过光催化氧化则可去除率90%。曝气时,光催化效率更高。随腐殖酸初始浓度的增加,其光催化反应速率常数也增加。光催化氧化腐殖酸属一级反应动力学,动力学方程符合经吸附常数修正的L-H方程。光催化剂可重复使用6次后,去除率降低10%。光催化降解腐殖酸,TOC去除率达70%;AOC先升高,然后降低,可生化性呈先升高后降低的趋势。SUVA254持续降低,表明有机物结构发生变化,分子量分布显示降解过程中分子量逐渐降低。对松花江水的考察表明,0.5g/L的光催化剂浓度为最佳值。TOC去除率为65%左右,IC及TC均降低。以SUVA254作为THMs（Trihalomethanes）的预测指标,SUVA254降低,THMs的生成受到抑制。考察了光催化剂浓度、初始苯酚浓度、pH值、离子等对光催化氧化苯酚的反应的影响,反应动力学,推测反应机理及苯酚对光催化去除腐殖酸的影响。苯酚光催化试验结果表明,对于10mg/L苯酚光催化剂最佳浓度为0.5g/L。在pH值较低时（pH=3）有着较好的处理效果。钙、镁离子对光催化有较强抑制。苯酚浓度增大,则降解速率增大。光催化降解苯酚符合零级反应动力学,反应速率常数与苯酚初始浓度成线性关系。研究叔丁醇的影响发现,光催化的机理更可能是光生空穴同羟基自由基共同起氧化作用。苯酚存在时,腐殖酸的光催化氧化受到抑制。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.1.1 饮用水中的有机物的危害
• 1.1.2 常用去除有机物的方法及优缺点
• 1.2 光催化的研究现状
• 1.2.1 光催化理论
• 1.2.2 光催化的应用现状
• 1.3 光催化剂的制备与改性
• 2光催化剂的制备'>1.3.1 TiO₂光催化剂的制备
• 2光催化剂的改性'>1.3.2 TiO₂光催化剂的改性
• 1.4 课题研究内容与意义
• 1.4.1 课题研究内容
• 1.4.2 课题意义
• 2的制备及降解能力考察'>第2章 TiO₂的制备及降解能力考察
• 2'>2.1 溶胶—凝胶法制备光催化剂TiO₂
• 2.1.1 试验方法
• 2.1.2 光催化剂的制备
• 2光催化剂的物性表征'>2.2 TiO₂光催化剂的物性表征
• 2.2.1 表征方法
• 2.2.2 XRD表征
• 2.2.3 FTIR光谱表征
• 2.2.4 UV-VIS表征
• 2.3 制备条件对光催化性能的影响
• 2.3.1 煅烧温度对光催化剂催化效果的影响
• 2.3.2 制备方法对光催化剂催化效果的影响
• 2光催化性能的对比'>2.4 改性前后TiO₂光催化性能的对比
• 2.4.1 处理腐殖酸的效果对比
• 2.4.2 处理苯酚效果对比
• 2.4.3 处理松花江水的效果对比
• 2.4.4 模拟可见光下的处理效果
• 2.5 本章小结
• 第3章 光催化剂降解腐殖酸的试验研究
• 3.1 试验材料与方法
• 3.1.1 试验用水
• 3.1.2 光催化反应器
• 3.1.3 试验分析方法
• 3.2 腐殖酸在二氧化钛上的吸附
• 3.2.1 吸附等温线
• 3.2.2 吸附与降解对比
• 3.3 反应影响因素分析
• 3.3.1 曝气的影响
• 3.3.2 不同腐殖酸初始浓度的影响
• 3.3.3 不同光催化剂投加浓度的影响
• 3.4 光催化剂的重复使用及失效考察
• 3.5 反应动力学分析
• 3.6 腐殖酸降解过程分析
• 3.6.1 总有机碳TOC分析
• 3.6.2 可生化有机碳AOC分析
• 254分析'>3.6.3 SUVA₂₅₄分析
• 3.6.4 分子量分布分析
• 3.7 对天然水体中腐殖酸的去除能力分析
• 3.7.1 不同光催化剂投加浓度的影响
• 3.7.2 对天然水体中TOC的去除效果分析
• 254的变化分析'>3.7.3 SUVA₂₅₄的变化分析
• 3.8 本章小结
• 2光催化降解苯酚的试验研究'>第4章 TiO₂光催化降解苯酚的试验研究
• 4.1 降解影响因素分析
• 4.1.1 光催化剂投量研究
• 4.1.2 pH值对去除效果的影响
• 4.1.3 离子强度的影响
• 4.1.4 苯酚初始浓度的影响
• 4.2 反应动力学研究
• 4.3 反应机理推测
• 4.4 苯酚的存在对腐殖酸去除的影响
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢