微波无极光催化降解有机污染物的过程强化研究

论文摘要

光催化是一种最具潜力的有机污染物降解技术,在科研及应用方面一直得到广泛关注。但是由于工业废水一般色度较大,成分复杂,导致光穿透能力弱,且溶液传质效率差,使光催化在污水处理实际应用时受到限制。针对以上问题,为了解决光催化反应中,光穿透和溶液传质效率低的问题,本论文开展了以下几个方面的工作：（1）本研究借鉴填充床的概念,以球形微波无极灯为“点光源”填充在反应器中构建“体光源”组成新型“体相光催化反应器”以强化废水体系中的光催化降解反应过程。（2）实验以甲基橙模拟废水体系,研究了甲基橙初始浓度,Ti02催化剂量,以及微波功率对甲基橙降解效果的影响。并对比了单独微波辐射（MW）,微波无极灯的组合（MWL）,微波辅助光催化（TiO2/MWL）,三种工艺条件下甲基橙的降解效果。本实验以100mg.L-1的甲基橙作为研究对象,在微波功率（900W）、催化剂量（1.5g.L-1）的条件下,甲基橙降解率可以达到75%。（3）重点研究了无极阴离子对微波无极灯光催化过程的影响,以甲基橙作为研究对象。发现SO42-和Cl-均会不同程度的降低甲基橙的降解率,但是加入0.005mg.L-1 CO32-,或加入0.005mg.L-1、0.002mg.L-1的NO3-后,能够提高甲基橙的降解率。但是,当加入阴离子浓度过大（本实验选用0.1mg.L-1）时,无极灯均不能正常发光。通过色谱和质谱对甲基橙降解的中间产物进行了分析,推测了甲基橙无极光催化降解的可能途径。（4）选择青霉素废水与2,4-二氯酚农药废水作为实际废水研究对象。在制药废水处理中,探索利用微波致热及无极灯发热效应对废水中易挥发性溶媒的热提作用。结果显示,既可以利用微波无极光催化过程中产生的热量对溶媒进行回收,又可以去除COD。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 光催化概述
• 1.2.1 光催化机理
• 1.2.2 光催化研究面临的问题
• 1.2.2.1 光催化光源的研究
• 1.2.2.2 普通光源的局限性
• 1.3 半导体光催化剂的改性
• 1.3.1 过渡金属离子接杂
• 1.3.2 贵金属表面沉积
• 1.3.3 复合半导体
• 1.3.4 光敏剂
• 1.4 外场耦合光催化
• 1.4.1 超声辅助光催化
• 1.4.2 电场辅助光催化
• 1.4.3 磁场辅助光催化
• 1.4.4 热辅助光催化
• 1.4.5 其它组合工艺
• 1.5 微波辅助光催化
• 1.5.1 微波研究现状
• 1.5.2 微波辅助光催化研究
• 1.5.2.1 微波辅助光催化的机理
• 1.5.2.2 微波辅助光催化的应用
• 1.6 微波无极灯的研究
• 1.6.1 微波无极灯的研究历史
• 1.6.2 微波无极光催化反应研究进展
• 1.6.3 微波无极灯工作原理
• 1.6.4 微波无极灯的影响因素
• 1.6.5 无极灯研究现状
• 1.7 本课题的研究目及内容
• 第二章 体相光催化反应器的构建与特性
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验仪器
• 2.2.2 无极灯制作
• 2.2.3 体相光催化反应器构建
• 2.2.4 分析方法
• 2.2.4.1 无极灯发射光谱分析
• 2.2.4.2 无极灯功率测定
• 2.3 实验结果与讨论
• 2.3.1 微波无极灯发射光谱特性
• 2.3.2 微波无极灯功率
• 2.4 本章小结
• 第三章 甲基橙光催化反应强化工艺
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验试剂与仪器
• 3.2.2 微波光催化强化装置
• 3.2.3 实验过程
• 3.2.4 分析方法
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 标准曲线
• 3.3.2 甲基橙光催化降解过程工艺
• 3.3.2.1 甲基橙初始浓度的影响
• 3.3.2.2 催化剂投加量对甲基橙降解效果的影响
• 3.3.2.3 微波输出功率的影响
• 3.3.2.4 微波无极协同效应
• 3.3.2.5 本节小结
• 3.3.3 阴离子对甲基橙降解影响的研究
• 4^2-对甲基橙降解效果的影响'>3.3.3.1 SO₄^2-对甲基橙降解效果的影响
• -对光催化效果的影响'>3.3.3.2 Cl^-对光催化效果的影响
• 3^2-对光催化效果的影响'>3.3.3.3 CO₃^2-对光催化效果的影响
• 3^-对甲基橙降解的影响'>3.3.3.4 NO₃^-对甲基橙降解的影响
• 3.3.3.5 本节小结
• 第四章 光催化反应强化甲基橙降解机理研究
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验药品与仪器
• 4.2.2 实验内容
• 4.2.3 HPLC分析方法的建立
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 HPLC分析
• 4.3.2 质谱分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 微波无极光催化处理实际废水研究
• 5.1 青霉素废酸水处理与溶媒回收一体化工艺
• 5.1.1 前言
• 5.1.2 实验部分
• 5.1.2.1 实验药品与仪器
• 5.1.2.2 实验机理
• 5.1.2.3 实验装置
• 5.1.3 实验方法
• 5.1.3.1 溶媒提取实验
• 5.1.3.2 微波无极光催化实验
• 5.1.3.3 分析方法
• 5.1.4 实验结果与讨论
• 5.1.4.1 乙醇提取实验
• 5.1.4.2 制药废水溶媒提取实验
• 5.1.4.3 光催化实验
• 5.2 微波无极光催化处理农药废水
• 5.2.1 实验部分
• 5.2.1.1 实验药品与仪器
• 5.2.1.2 实验方法
• 5.2.1.3 分析方法
• 5.2.2 实验结果与讨论
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论及建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 导师与作者简介
• 北京化工大学 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书