掺磷纳米二氧化钛光催化氧化降解印染废水的研究

论文摘要

随着染料工业的发展以及各种技术在印染行业中的大量使用,难降解的有毒有机物越来越多,对环境尤其是水环境的危害越来越大,因此如何加强对印染废水的有效治理就成了当前保护环境、维持生态平衡的一个重要课题。本文用低温条件下制备的具有高催化活性的掺磷纳米二氧化钛作光催化剂,通过自制的填充式固定床型高效光催化反应器,分别对模拟印染废水和工业印染废水进行光催化降解实验研究,达到了较好的效果。首先,以TiCl4为原料,H2O2为反应介质,在低温下制得锐钛矿型纳米TiO2溶胶和掺磷TiO2溶胶,考察了各种因素对TiO2溶胶结构和性能的影响,探讨了锐钛矿型TiO2的形成机理,并对掺磷TiO2溶胶在玻璃弹簧上镀膜的问题进行了研究。通过XRD、TEM、UV-vis等手段表征发现:TiO2溶胶和掺磷TiO2溶胶均呈锐钛矿晶型,颗粒呈梭形,平均粒径小于10nm,分散性较好,且后者的结晶度更高,两者最大吸收波长红移至550 nm,而磷的加入使得TiO2的禁带宽度变大;掺磷TiO2溶胶和薄膜光催化性能比具有高光催化性能的TiO2溶胶和薄膜的更好,且镀3层膜光催化能力最强;随着镀膜温度的升高,TiO2薄膜和掺磷TiO2薄膜光催化能力都有所降低,但是薄膜在玻璃弹簧上的附着力却显著提高了。然后,设计制作了填充式固定床型高效光催化反应器,通过光源体系、反应体系、循环体系和控温体系可以设计出多种废水光催化氧化降解反应工艺,为光催化降解废水的技术推广和小型工业化应用提供了参考价值。第三,通过自制的填充式固定床型高效光催化反应器用P/TiO2溶胶作光催化剂,对活性艳红X-3B溶液进行降解实验研究,考察各反应因素和反应条件对光催化降解反应的影响,并研究了活性艳红X-3B在光催化降解过程中的结构变化,发现X-3B活性艳红的降解速率随着初始浓度的增加而减小,并且溶液初始浓度较高时降解速率先快后慢,但随光照强度的增强、催化剂用量的不断增加、反应温度的升高而增大;随着溶液流速的增大,降解速率稍有加快,但是变化不明显;溶液中H2O2的质量浓度为0.03%时降解速率最大;随着反应的进行,X-3B结构中萘环上的偶氮键特征峰强度不断减弱,苯环等基团的吸收峰也逐渐消失,只形成微弱的末端吸收形状。最后,用自制的填充式固定床型高效光催化反应器和玻璃弹簧负载P/TiO2薄膜对青岛某印染厂的工业印染废水进行了降解实验,发现:以紫外灯为光源时光催化降解效果比日光强;溶液初始pH值对CODcr去除率和脱色率影响很大,pH = 3时脱色率最高,pH = 6时,CODcr去除率最高; H2O2的添加量对光催化反应的影响和P/TiO2溶胶作催化剂的情况相似,最佳添加量为0.03%;P/TiO2薄膜可以重复使用,但是随着使用时间延长,光催化降解效率降低。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1. 综述
• 1.1 印染废水的特点
• 1.2 印染废水处理研究进展与动向
• 1.2.1 印染废水处理传统方法和工艺的改进
• 1.2.2 废水处理研究探索新动向
• 2 光催化剂的光催化原理及光催化活性的影响因素'>1.3 TiO₂光催化剂的光催化原理及光催化活性的影响因素
• 2 的光催化原理'>1.3.1 TiO₂的光催化原理
• 2 光催化活性的因素'>1.3.2 影响TiO₂光催化活性的因素
• 2 光催化活性的途径'>1.3.3 提高TiO₂光催化活性的途径
• 2 光催化剂的发展趋势'>1.3.4 TiO₂光催化剂的发展趋势
• 2 溶胶光催化剂在制备和应用过程中遇到的困难'>1.3.5 TiO₂溶胶光催化剂在制备和应用过程中遇到的困难
• 1.4 光催化反应器的研究进展及存在问题
• 1.4.1 光催化反应器的分类
• 1.4.2 光催化反应器研究中遇到的问题
• 1.5 本文研究目的及意义
• 2和P/TiO₂溶胶的低温制备及性能研究'>2. 纳米TiO₂和P/TiO₂溶胶的低温制备及性能研究
• 2.1 试验仪器和试剂
• 2.2 试剂的配制
• 4 盐酸溶液的配制'>2.2.1 TiCl₄盐酸溶液的配制
• 2.2.2 1:9 氨水溶液的配制
• 2.2.3 硝酸银溶液的配制
• 2.2.4 各种染料溶液的配制
• 2 溶胶的制备'>2.3 锐钛矿型纳米TiO₂溶胶的制备
• 2 溶胶制备的原理'>2.3.1 锐钛矿型纳米TiO₂溶胶制备的原理
• 2.3.2 实验装置
• 2 溶胶的制备'>2.3.3 锐钛矿型纳米TiO₂溶胶的制备
• 2 溶胶的表征'>2.4 纳米TiO₂溶胶的表征
• 2.4.1 XRD 测试
• 2.4.2 TEM 测试
• 2 溶胶的影响'>2.5 制备条件对纳米TiO₂溶胶的影响
• 2 溶胶'>2.5.1 改变洄流温度制备TiO₂溶胶
• 2 溶胶'>2.5.2 改变洄流时间制备TiO₂溶胶
• 2O₂制备TiO₂ 溶胶'>2.5.3 不加入H₂O₂制备TiO₂溶胶
• 2.5.4 光催化性能测试
• 2.6 结果与讨论
• 2 溶胶的表征'>2.6.1 纳米TiO₂溶胶的表征
• 2 溶胶的影响'>2.6.2 制备条件对纳米TiO₂溶胶的影响
• 2 溶胶的制备机理探讨'>2.7 TiO₂溶胶的制备机理探讨
• 2 溶胶的制备'>2.8 P/TiO₂溶胶的制备
• 2.9 溶胶的性能表征
• 2.9.1 溶胶的微观结构表征
• 2.9.2 溶胶的光催化性能表征
• 2 薄膜的SEM 测试和光催化性能表征'>2.9.3 玻璃弹簧负载P/TiO₂ 薄膜的SEM 测试和光催化性能表征
• 2.9.4 溶胶的黏附性能表征
• 2.10 结果与讨论
• 2.10.1 溶胶的微观结构表征结果
• 2.10.2 溶胶的光催化性能表征结果
• 2 薄膜的SEM 测试和光催化性能表征结果'>2.10.3 玻璃弹簧负载P/TiO₂ 薄膜的SEM 测试和光催化性能表征结果
• 2.10.4 溶胶的黏附性能表征结果
• 2.11 本章小结
• 3. 填充式固定床型高效光催化反应器的设计
• 3.1 填充式固定床型高效光催化反应器的设计
• 3.1.1 填充式固定床型高效光催化反应器光源体系的设计
• 3.1.2 填充式固定床型高效光催化反应器反应体系的设计
• 3.1.3 填充式固定床型高效光催化反应器控温体系的设计
• 3.1.4 填充式固定床型高效光催化反应器循环体系的设计
• 3.1.5 填充式固定床型高效光催化反应器其他结构的设计
• 3.2 填充式固定床型高效光催化反应器的缺陷及改进
• 3.3 本章小结
• 2溶胶光催化降解活性艳红溶液的实验研究'>4. P/TiO₂溶胶光催化降解活性艳红溶液的实验研究
• 4.1 实验仪器和试剂
• 4.2 实验过程
• 4.2.1 活性艳红X-38 溶液标准曲线的测定
• 4.2.2 空白实验
• 2 溶胶为催化剂考察各反应因素对光催化反应的影响'>4.2.3 以P/TiO₂溶胶为催化剂考察各反应因素对光催化反应的影响
• 4.2.4 活性艳红X-38 在光催化降解过程中的结构变化
• 4.3 实验结果
• 4.3.1 活性艳红X-38 溶液标准曲线的测定
• 2 溶胶为催化剂考察各反应因素对光催化反应的影响'>4.3.2 以P/TiO₂溶胶为催化剂考察各反应因素对光催化反应的影响
• 4.3.3 活性艳红X-38 在光催化降解过程中的结构变化
• 4.4 本章小结
• 2薄膜光催化氧化降解工业印染废水的初步探索'>5. 玻璃弹簧负载P/TiO₂薄膜光催化氧化降解工业印染废水的初步探索
• 5.1 实验仪器和试剂
• 5.2 实验过程
• 5.2.1 分析方法
• 5.2.2 实验部分
• 5.3 实验结果
• 5.3.1 不同光源对光催化氧化降解印染废水的影响
• 5.3.2 紫外光照射下pH 值对光催化氧化降解印染废水的影响
• 2O₂ 添加量对光催化氧化降解印染废水的影响'>5.3.3 紫外光照射下H₂O₂添加量对光催化氧化降解印染废水的影响
• 2 薄膜的耐用性'>5.3.4 玻璃弹簧负载P/TiO₂薄膜的耐用性
• 5.4 本章小结
• 论文工作总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录