【摘要】：UV消毒技術被廣泛用于地表水和城鎮(zhèn)生活污水的殺菌消毒,但是微生物的“光復活”現(xiàn)象使UV消毒出水存在安全隱患。光催化過程產(chǎn)生的·OH不但可以徹底殺菌、抑制光復活,還可以礦化水中痕量有機污染物。因此在UV消毒器中安裝光催化組件是抑制微生物光復活并去除痕量有機物的可行辦法。本研究在課題組前期ComputationalFluid Dynamics(CFD)模擬計算篩選出證實雙螺旋結構的基礎上,改善了陽極氧化方法、設計出三維網(wǎng)結構組件,并研究了兩種組件的滅菌和降解污染物性能,研究內容如下:⑴大面積曲面Ti片的陽極氧化方法的探索及材料的表征常規(guī)陽極氧化針對面積在幾平方厘米的平面Ti片,而課題組前期工作表明陽極氧化大面積曲面Ti片得到TiO_2納米管、納米線、孔等混雜結構。為了在大面積曲面Ti片上陽極氧化出均勻有序的TiO_2,探索了電解液組成及電極相對位置對材料形貌的影響;發(fā)現(xiàn)在HF無機電解液和NH_4F的有機電解液中所得材料表面的二氧化鈦納米管在形貌上都比較規(guī)整、均勻,但是HF無機電解液中所得材料的機械強度要更優(yōu),能更好的防止光催化功能層的脫落。因此后續(xù)材料制備研究中重點探索了HF無機電解液中,電解液的濃度和電極相對位置對所得材料形貌的影響。發(fā)現(xiàn)在20 V工作電壓、2 cm電極間距和20 min反應時間的前提下,0.3wt%HF的電解液濃度和電極正對時所得材料的表面具有最規(guī)整的二氧化鈦納米管結構�；诖�,利用同螺距的不銹鋼單螺旋作陰極,鈦基單螺旋作陽極,在上述反應參數(shù)下陽極氧化制得雙螺旋光催化組件;SEM結果表明在鈦基螺旋表面負載了均勻、規(guī)整的納米管;XRD結果表明此納米管主要成分為101晶型的銳鈦礦TiO_2;DRS結果表明材料在UV波段具有良好的光吸收性能。⑵UV/雙螺旋光催化組件水處理性能的探索在10.5 mJ/cm~2的紫外輻照劑量下,進水E.coli濃度為3.80×10~6 CFU/L,裝置出水E.coli濃度能滿足城鎮(zhèn)生活污水一級A排放標準(10~3 CFU/L),而且E.coli光復活率是單獨UV過程的三十分之一,表現(xiàn)出良好的光復活抑制。十天連續(xù)運行的滅菌實驗中,設備對進水E.coli濃度10~6~10~8 CFU/L的滅菌出水均滿足國家城鎮(zhèn)污水一級A排放標準。同時,裝置對易光解的抗生素具有明顯的去除強化效果,而這種增強的效果主要來源于光催化過程對光解后的小分子有機物的礦化作用。⑶三維絲網(wǎng)光催化組件水處理性能的探索利用陽極氧化工藝,在絲線上負載三維立體環(huán)繞的規(guī)整二氧化鈦納光催化功能層;然后將負載光催化功能層的絲網(wǎng)纏繞成一種中空的環(huán)狀絲網(wǎng)光催化組件,并與UV燈結合成一套連續(xù)流水處理裝置。在21 mJ/cm~2的紫外輻照劑量下,裝置可以達到5.1log_(10)的殺菌能力,較單獨UV過程殺菌能力提升54.55%;裝置在240 h的連續(xù)運行實驗中表現(xiàn)出良好的滅菌的穩(wěn)定性和抗負荷的沖擊性,出水E.coli濃度一級A達標率在99%,同時裝置對易紫外光解的抗生素具有一定的去除增強效果,而這種增強的效果主要來源于光催化過程對光解后的小分子有機物的礦化作用。
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：X703

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