光催化降解二甲基亚砜效果及影响因子研究

论文摘要

随着工业的发展,大量的有机化合物以各种形式进入到环境中,给人类的生活带来了严重危害。二甲基亚砜其本身的毒性并不高,而且在大部分的用途上皆可回收再使用,在地球硫循环中具有重要的影响。作为一种广泛应用于工业领域的溶剂及添加剂,对其降解处理还是引起了人们的关注。因其具有难以生化处理等特点,采用化学氧化法对其处理成为了进来的主要研究方向。过硫酸根离子可以作为电子受体与之反应降低半导体中电子/空穴复合的概率,同时过硫酸盐离子本身可以生成硫酸根自由基,还可以促进光催化反应体系中羟基自由基的生成。所以过硫酸盐离子可以提高光催化氧化反应体系的活性。本文首先研究了以不锈钢和铝片为载体的固定相催化剂对二甲基亚砜的降解,随后比较了不同类型的二氧化钛催化剂其光催化氧化降解二甲基亚砜的效率,并将其中对二甲基亚砜降解更为有效的Degussa P25型悬浆液催化剂应用于后续实验。然后研究过硫酸盐离子对二甲基亚砜降解的影响。实验结果表明,对于固定相催化剂体系,流量流速的提高、光照强度的增加都会提高光催化氧化反应的效率,反应器内的液面高度并未对结果产生影响。相同的电泳沉积时间作用下,不锈钢与铝片对同种二氧化钛颗粒的固定能力一样, P25型催化剂的沉积量远高于同样条件的PC500型沉积量。二甲基亚砜的去除率随着催化剂沉积量的增加而增加,M100型催化剂对二甲基亚砜的去除效果最差,D400型的效果最好。载体表面固定相的二氧化钛质量会随着反应的进行而减少,进而影响到光催化反应活性。对于不锈钢载体来说,进行5次重复实验后,催化剂的活性降低了70%。而对于同等反应条件下的铝片载体来说,进行5次重复实验后,催化剂的活性降低了74%。实验比较了同等催化剂质量的悬浆体系与固定相体系,结果表明对于同一种类同一浓度的催化剂,悬浆体系的催化效率高于固定化催化剂。同样反应条件下,Degussa P25型催化剂的催化效率高于等浓度的Millennium PC500型催化剂。对P25型悬浆液催化剂的研究表明,光催化氧化体系中过硫酸根离子的降解反应动力学以及过硫酸根离子存在下的光催化氧化体系中的二甲基亚砜的降解反应动力学均符合Langmuir-Hishelwood的一级反应。过硫酸盐可以提高光催化氧化系统的活性,且过硫酸盐浓度、催化剂浓度、底物起始浓度及pH会对二甲基亚砜的去除率产生影响。过硫酸根离子对二甲基亚砜降解过程中的含硫中间产物的浓度及变化具有影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 光催化氧化技术国内外研究现状
• 1.2.1 二氧化钛光催化氧化技术
• 1.2.2 催化剂的固定技术
• 1.2.3 光催化氧化技术在废水处理中的应用
• 1.2.4 光催化反应活性的影响因素
• 1.2.5 提高催化剂催化效率的方法
• 1.2.6 过硫酸盐离子对光催化反应的影响
• 1.2.7 二甲基亚砜的降解
• 1.3 课题来源及研究内容
• 1.3.1 课题来源
• 1.3.2 课题研究意义
• 1.3.3 研究内容
• 第2章 实验材料与方法
• 2.1 药品和仪器
• 2.1.1 实验试剂
• 2.1.2 实验仪器
• 2.1.3 实验装置
• 2.2 分析项目以及分析方法
• 2.2.1 过硫酸盐浓度的测定
• 2.2.2 二甲基亚砜的定量分析
• 2.2.3 含硫中间产物检测
• 第3章 固定化催化剂对二甲基亚砜降解的性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 固定相催化剂降解二甲基亚砜的影响因素
• 3.2.1 混合溶液流量流速对二甲基亚砜降解的影响
• 3.2.2 入射光强对二甲基亚砜降解的影响
• 3.2.3 反应器内混和溶液液面高度对二甲基亚砜降解的影响
• 3.3 固定相催化剂对二甲基亚砜的降解
• 3.3.1 以不锈钢为载体的固定相催化剂对二甲基亚砜的降解
• 3.3.2 以铝为载体的固定相催化剂对二甲基亚砜的降解
• 3.4 固定相催化剂的损耗实验
• 3.4.1 不锈钢载体上催化剂的损耗
• 3.4.2 铝片载体上催化剂的损耗
• 3.5 几种固定化催化剂及悬浮液对二甲基亚砜降解效率的比较
• 3.6 本章小结
• 第4章 过硫酸根离子的存在对悬浆体系的影响
• 4.1 引言
• 4.2 过硫酸盐离子的稳定性研究
• 4.2.1 过硫酸盐离子的吸附平衡实验
• 4.2.2 光催化体系中过硫酸盐离子的稳定性研究
• 4.3 二甲基亚砜光催化降解的影响因素
• 4.3.1 二甲基亚砜的平衡吸附实验
• 4.3.2 过硫酸盐浓度对二甲基亚砜降解的影响
• 4.3.3 催化剂浓度对二甲基亚砜降解的影响
• 4.3.4 二甲基亚砜初始浓度对二甲基亚砜降解的影响
• 4.3.5 pH 对二甲基亚砜降解的影响
• 4.4 二甲基亚砜光催化氧化反应中的含硫产物测定
• 4.4.1 无过硫酸根离子体系中的含硫产物
• 4.4.2 含过硫酸根离子体系中的含硫产物
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢