基于负载纳米二氧化钛的弥散光纤的光催化废水处理反应器研究

论文题目: 基于负载纳米二氧化钛的弥散光纤的光催化废水处理反应器研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 生物医学工程

作者: 胡艳

导师: 袁春伟

关键词: 光催化反应器,弥散光纤,二氧化钛溶胶,低温制备,活性艳红

文献来源: 东南大学

发表年度: 2005

论文摘要: 为了拓展光纤型光催化反应器在实际废水处理中的应用,本论文以构造新型光纤型光催化反应器为目标,开发了在低温条件下制备锐钛矿型纳米TiO2溶胶以及在聚合物基底上直接沉积TiO2光催化活性薄膜的新方法,构造了基于透紫外光的集束式弥散光纤的新型光纤型模型反应器,并以活性艳红X-3B作为模型化合物进行了光催化降解实验研究。研究工作的具体内容如下:在温和条件（75℃、常压）下,将钛酸正丁酯（Ti（OBu）4）在大量的酸性水溶液中水解、回流,从而制备了锐钛矿型纳米TiO2溶胶。该制备过程是一个简单、低温的过程。水溶液的酸性条件、回流时间及水/Ti（OBu）4摩尔比均对TiO2溶胶粒子的大小、微观形貌和晶体结构产生影响。并在低温条件下,采用浸渍-提膜法将锐钛矿型纳米TiO2溶胶沉积在石英玻片上,通过活性艳红X-3B的光催化降解实验证明TiO2薄膜具有很好的光催化活性。在室温条件下采用浸渍-提膜的方法将锐钛矿型纳米TiO2溶胶沉积在有机玻璃及硅橡胶基底上,从而制备了TiO2薄膜。基底材料的表面性能影响TiO2薄膜的附着性,涂覆在聚合物基底表面的SiO2膜不仅作为中间层保护基底材料不被TiO2薄膜光催化降解,而且SiO2膜相对亲水的表面增强了TiO2薄膜对聚合物基底的附着性,更有利于TiO2薄膜的沉积。沉积的TiO2薄膜均表现了良好的光催化活性,由此证明,锐钛矿型纳米TiO2溶胶可以用于室温条件下在聚合物例如硅橡胶基底上直接沉积TiO2光催化活性薄膜,从而为纳米TiO2在弥散光纤上的负载及其光催化应用奠定基础。以空心微珠为弥散剂、硅橡胶为包层材料,制备了石英芯径为200μm、硅橡胶包层外径为360μm的单包层透紫外光型弥散光纤。以纳米气相SiO2粉末为弥散剂、氟塑料及硅橡胶为包层材料,采用多包层涂覆工艺制备了石英芯径为200μm,氟塑料包层外径为250μm,硅橡胶包层外径为380μm的双包层透紫外光型弥散光纤。利用SiO2、TiO2的双层膜结构将锐钛矿型TiO2纳米粒子负载在弥散光纤表面。场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）照片表明双层膜与弥散光纤的结合性很好,而且负载的TiO2膜比较均匀、平整。负载TiO2的单根弥散光纤对活性艳红X-3B的光催化降解结果表明,弥散光纤的侧面散射紫外光强能够激发TiO2发生光催化氧化反应。弥散光纤具备一定强度及柔韧性,而且根据需要可以得到足够的长度。因此,负载TiO2的弥散光纤能够用于构造满足实际废水处理需要的新型光纤型反应器。利用研制的透紫外光型弥散光纤构造了新型光纤型模型反应器。反应器的主体是呈球面状均匀分散开的集束弥散光纤,与单光源设计相比,采用双光源输入的集束弥散光纤具有更强、更均匀的侧面发光强度。采用微孔曝气方式对反应溶液进行搅拌及供氧,使反应体系达到很好的混合效果,并促进光催化降解反应的进行。在集束弥散光纤模型反应器中,以活性艳红X-3B为降解对象同时对TiO2悬浮体系及负载体系进行了光催化降解实验研究。集束双包层弥散光纤的光催化反应效率高于集束单包层

论文目录:

中文摘要

Abstract

第一章绪论

1.1 纳米二氧化钛光催化技术

1.1.1 二氧化钛光催化机理

1.1.2 纳米二氧化钛光催化技术的应用研究领域

1.2 光催化反应器

1.2.1 太阳能光催化污水处理反应器的发展

1.2.1.1 抛物面槽型反应器

1.2.1.2 复合抛物面聚集反应器

1.2.1.3 管式光反应器

1.2.1.4 双层外壳平板式光反应器

1.2.1.5 薄膜固定床反应器

1.2.1.6 浅池型反应器

1.2.2 固定式光催化反应器

1.2.2.1 载体的选择

1.2.2.2 二氧化钛在载体上的固定方法

1.2.2.2.1 粉末烧结法

1.2.2.2.2 溶胶－凝胶（sol-gel）法

1.2.2.2.3 液相沉积（LPD）法

1.2.2.3 TiO_2 固定式光催化反应器发展

1.3 论文课题内容

1.3.1 课题的提出

1.3.2 课题研究内容

参考文献

第二章锐钛矿型纳米二氧化钛溶胶的低温制备、表征及其光催化活性评价

2.1 二氧化钛溶胶的制备

2.2 二氧化钛溶胶粒子的表征

2.2.1 在不同pH 值条件下制备二氧化钛溶胶

2.2.1.1 晶相结构

2.2.1.2 微结构形貌

2.2.1.3 紫外吸收光谱

2.2.2 在不同回流时间条件下制备二氧化钛溶胶

2.2.3 在不同水／Ti(OBu)_4 摩尔比条件下制备二氧化钛溶胶

2.2.3.1 晶相结构

2.2.3.2 微结构形貌

2.3 二氧化钛溶胶的光催化活性评价

2.3.1 模型化合物的确定

2.3.2 光催化反应体系的建立

2.3.2.1 二氧化钛薄膜的沉积

2.3.2.2 光催化反应体系

2.3.3 二氧化钛薄膜的光催化活性

2.3.4 HPLC 方法研究二氧化钛薄膜光催化降解产物

2.4 本章小结

参考文献

第三章锐钛矿型纳米二氧化钛溶胶在聚合物基底上的负载、表征及其光催化活性研究

3.1 二氧化钛溶胶在聚合物基底上的沉积

3.2 实验方法

3.3 二氧化钛薄膜的表征及光催化实验研究

3.3.1 有机玻璃基底上沉积二氧化钛薄膜

3.3.1.1 二氧化钛薄膜的表面形貌

3.3.1.2 二氧化钛薄膜的光催化实验研究

3.3.2 涂覆二氧化硅膜的有机玻璃基底上沉积二氧化钛薄膜

3.3.2.1 二氧化钛薄膜的表面形貌

3.3.2.2 二氧化钛薄膜的光催化实验研究

3.3.3 涂覆二氧化硅膜的硅橡胶基底上沉积二氧化钛薄膜

3.3.3.1 二氧化钛薄膜的表面形貌

3.3.3.2 二氧化钛薄膜的光催化实验研究

3.3.4 不同基底上沉积的二氧化钛薄膜的表观量子产率比较

3.4 本章小结

参考文献

第四章新型透紫外光型弥散光纤的制备

4.1 弥散光纤的种类

4.2 弥散光纤的制备方法

4.2.1 锥面入射法

4.2.2 损伤芯包结构法

4.2.2.1 损伤光纤皮层法

4.2.2.2 光纤芯包界面缺陷法

4.2.3 特殊助剂法

4.2.4 光纤多包层法

4.2.5 变异芯包折射率法

4.2.6 变芯径法

4.2.7 皮层结晶法

4.3 弥散光纤的光传输特性

4.3.1 均匀分布的侧面散射效率系数

4.3.2 非均匀分布的侧面散射效率系数

4.4 弥散光纤的侧面发光效率及侧面发光均匀性测定

4.4.1 积分球法

4.4.2 光电二极管法

4.5 新型透紫外光型弥散光纤的制备

4.5.1 单包层弥散光纤

4.5.2 双包层弥散光纤

4.6 本章小结

参考文献

第五章纳米二氧化钛在弥散光纤上的负载、表征及负载纳米二氧化钛的单根弥散光纤的光催化性能评估

5.1 纳米二氧化钛在弥散光纤上的负载

5.1.1 弥散光纤的制备

5.1.2 二氧化钛溶胶的制备

5.1.3 二氧化硅溶胶的制备

5.1.4 二氧化硅、二氧化钛双层膜在弥散光纤上的负载

5.2 弥散光纤的表征

5.2.1 二氧化钛的晶相结构及比表面积

5.2.2 弥散光纤的微观结构

5.3 负载纳米二氧化钛的单根弥散光纤的光催化性能评估

5.3.1 反应体系的建立

5.3.2 光催化降解实验

5.4 本章小结

参考文献

第六章基于透紫外光型弥散光纤的新型光纤型模型反应器设计及其对模型化合物的光催化降解实验研究

6.1 反应器设计

6.2 光催化降解实验研究

6.2.1 实验方法

6.2.1.1 二氧化钛悬浮体系

6.2.1.2 二氧化钛负载体系

6.2.2 实验结果

6.2.2.1 二氧化钛悬浮体系

6.2.2.1.1 集束单包层弥散光纤

6.2.2.1.2 集束双包层弥散光纤

6.2.2.2 二氧化钛负载体系

6.2.2.2.1 初始实验

6.2.2.2.2 重复实验

6.3 本章小结

参考文献

第七章结论

博士研究生期间发表的论文

致谢

发布时间: 2007-03-12

参考文献

[1].超高交联吸附剂对苯基联氨化合物的吸附行为及在废水处理中的应用研究[D]. 翟志才.南京大学2003
[2].二氧化氯和超细氧化铁在废水处理中的组合应用技术研究[D]. 顾宁.中北大学2012
[3].柱撑蒙脱石的制备、表征及其在废水处理中的应用[D]. 曾秀琼.浙江大学2003
[4].PES微孔膜的制备及膜反应器在废水处理中的应用研究[D]. 吴桂萍.华中科技大学2007
[5].微波强化处理二甲亚砜生产废水工艺及机理研究[D]. 李楠.哈尔滨工业大学2010
[6].利用污泥制备生物絮凝剂的方法及性能研究[D]. 李春玲.大连理工大学2014
[7].差异结构酚类废水电催化氧化特性及其在油田上的应用[D]. 聂春红.东北石油大学2012
[8].一株丁草胺降解菌及其在废水处理和土壤污染修复中的应用基础[D]. 楚小强.浙江大学2009
[9].折流板管状空气阴极微生物燃料电池构建及产电特性研究[D]. 李贺.哈尔滨工业大学2011
[10].超临界水氧化高浓度含氮有机废水研究[D]. 葛红光.西安建筑科技大学2004

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