TiO2光催化降解焦化废水中典型杂环化合物的研究

论文摘要

焦化废水是一种典型的含有难降解有机污染物的工业废水,含有大量的酚类、多种芳香烃和杂环类有机物,成分复杂,且废水水量大,对环境污染严重。因此,焦化废水的处理研究一直是国内外环境工作者关注的焦点之一。在对难降解有机废水的处理中,利用光催化氧化技术是最有发展前景的技术之一。本文作者通过溶胶-凝胶法合成了掺锌纳米TiO2,用X射线衍射（XRD）、差热分析（DSC）以及红外光谱（IR）对合成的纳米TiO2结构进行了表征。结果表明,合成的TiO2为纳米级材料,TiO2粉体和掺锌1%的TiO2平均粒径分别为21.5和19nm;在煅烧温度为360℃时,TiO2由非晶态向锐态型纳米TiO2转变,而掺锌1%的TiO2在500℃时发生晶型转变,在545℃还可以发现有明显的吸热峰;IR发现掺锌纳米TiO2中,锌和SO42-的引入可能改变了TiO2的结构。本文分别以焦化废水中的典型杂环化合物喹啉和吡啶为处理对象,以掺锌纳米TiO2为光催化剂,在紫外光的照射下,考察了杂环化合物的初始浓度、处理时间、纳米TiO2的煅烧温度、纳米TiO2的掺锌量、纳米TiO2的加入量、溶液初始pH、外加H2O2量对杂环化合物降解率的影响。结果表明,锌的掺杂量为1%时,纳米TiO2的光催化活性最高;TiO2的煅烧温度对催化活性有较大影响,在500℃时煅烧的掺锌纳米TiO2光催化活性最高;光催化氧化时间越长,杂环化合物的降解率越高。喹啉的6h降解率达到81%,TOC去除率达51%。吡啶降解率为92%,TOC去除率达到58%;杂环化合物初始浓度在10mg/L-50mg/L范围内,浓度越大降解率越小,其降解动力学方程符合动力学一级反应;催化剂添加量为0.6g/L时喹啉的降解率最高,而对吡啶的最佳催化剂添加量为0.8g/L;在pH=6-8范围内,杂环化合物降解率最高;降解率随H2O2加入量的增加而增大,但过多加入H2O2反而降低降解率。当加入H2O2量为6ml/L时,喹啉3h TOC去除率由35%增加到达65%。吡啶3h TOC去除率由53%增加到74%。将喹啉和吡啶按1:1（w:w）配制成模拟废水,在紫外光的照射下考察其降解规律,结果发现,混合物中喹啉和吡啶的降解率随处理时间的增加而增加,这与单组分有机物的降解有相同的趋势,而吡啶更易于光降解;当TiO2加入量为0.8g/L时,混合物的TOC去除率最高;混合物最佳催化剂添加量为0.8g/L,继续加大催化剂的投加量,TOC去除率反而减少;混合物中喹啉和吡啶的降解率和时间的关系并不严格遵守零级或一级动力学方程,而混合物的TOC去除率和时间的关系符合动力学一级反应。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 高级氧化技术在焦化废水处理中的应用
• 1.1.1 Fenton 氧化法
• 1.1.2 超临界氧化法
• 1.1.3 超声波辐射处理
• 1.1.4 电化学氧化法
• 1.1.5 催化湿式氧化法
• 1.1.6 脉冲放电等离子体氧化法
• 1.1.7 活性炭-微波辐射深度氧化法
• 1.1.8 非均相催化氧化法
• 1.2 光催化原理
• 2光催化反应原理'>1.2.1 TiO₂光催化反应原理
• 2结构对光催化活性的影响'>1.2.2 TiO₂结构对光催化活性的影响
• 2光催化性能的途径'>1.2.3 提高TiO₂光催化性能的途径
• 1.2.4 光催化与其它技术耦合
• 2 光催化剂合成'>1.2.5 TiO₂光催化剂合成
• 1.3 本课题的主要研究内容和拟采取的研究方法
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 本课题拟采取的研究方法
• 2的制备及表征'>第2章 纳米TiO₂的制备及表征
• 2.1 概述
• 2.2 主要试剂仪器
• 2.2.1 主要仪器及设备
• 2.2.2 主要试剂及材料
• 2.3 光催化剂的制备
• 2的制备'>2.3.1 纳米TiO₂的制备
• 2的制备'>2.3.2 掺锌纳米TiO₂的制备
• 2.4 催化剂的结构表征与热分析
• 2.4.1 测定原理与方法
• 2.4.2 结构表征与热分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 光催化降解焦化废水中典型杂环化合物
• 3.1 概述
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 主要仪器及设备
• 3.2.2 主要试剂及材料
• 3.2.3 试验装置
• 3.2.4 光催化降解方法
• 3.2.5 杂环化合物降解率的测定方法
• 3.2.6 TOC 去除率测定方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 掺锌量对喹啉降解率的影响
• 2煅烧温度对喹啉降解率的影响'>3.3.2 TiO₂煅烧温度对喹啉降解率的影响
• 2投加量的影响'>3.3.3 TiO₂投加量的影响
• 3.3.4 溶液初始pH 值的影响
• 2O₂添加量的影响'>3.3.5 H₂O₂添加量的影响
• 3.3.6 初始浓度的影响
• 3.3.7 光催化氧化时间
• 3.4 本章小结
• 第4章 喹啉吡啶混合物的光催化降解研究
• 4.1 概述
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 主要仪器及设备
• 4.2.2 试剂及材料
• 4.2.3 实验装置（同3.2.3）
• 4.2.4 混合物的光催化降解方法
• 4.2.5 混合物中单组分降解率的测定方法
• 4.2.6 混合物TOC 去除率计算
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 催化剂用量对混合物TOC 去除率的影响
• 4.3.2 不同初始浓度对TOC 去除率的影响
• 2O₂对TOC 去除率的影响'>4.3.3 pH 和H₂O₂对TOC 去除率的影响
• 4.3.4 时间的变化规律
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢