【摘要】： 二氧化鈦光催化作為一種高級(jí)氧化技術(shù)，正被廣泛深入研究，研究的核心內(nèi)容集中在TiO_2催化性能的提高，以及分離回用催化劑，二者是二氧化鈦光催化技術(shù)實(shí)際應(yīng)用的前提與基礎(chǔ)。 論文以2，4，6-三硝基間苯二酚(2，4，6-Trinitroresorcinol，又稱斯蒂酚酸)為目標(biāo)降解物；采用在TiO_2表面復(fù)合電子捕獲劑SnO_2，提高其光生電子和光生空穴的分離效率，提高光催化效率；采用在TiO_2晶格摻入少量N，提高催化劑的可見光活性；以Fe_3O_4為磁核，制備磁性復(fù)合光催化劑，實(shí)現(xiàn)催化劑的磁分離；將膜分離與光催化技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，組成光催化-膜分離反應(yīng)器，實(shí)現(xiàn)光催化懸浮體系中催化劑的回用及反應(yīng)連續(xù)運(yùn)行。主要研究工作結(jié)果： (1)TiO_2光催化懸漿體系可有效降解有毒有機(jī)污染物三硝基間苯二酚(斯蒂酚酸)，在一定的紫外光強(qiáng)度下，TiO_2投加量存在最佳值，本實(shí)驗(yàn)條件下最佳投加量為1g·L~(-1)；采用二元線性回歸分析可知，反應(yīng)時(shí)間對(duì)于評(píng)估ln(C_0／C)是顯著變量；增加降解底物初始濃度，光催化降解反應(yīng)速率下降；適量加入電子受體，如O_2、H_2O_2、Fe~(3+)、Cu~(2+)和Zn~(2+)等可提高體系的降解效率；低pH有利于斯蒂酚酸的降解；斯蒂酚酸紫外掃描特征峰隨光催化反應(yīng)的進(jìn)行不斷降低，體系TOC去除率的變化趨勢(shì)與斯蒂酚酸的基本符合，，說明斯蒂酚酸被光催化降解，體系TOC的降低是降解最終產(chǎn)物CO_2離開體系所致。 (2)采用均勻沉淀法，在TiO_2表面沉積SnO_2，制備TiO_2-SnO_2復(fù)合光催化劑，最佳制備條件為：沉淀劑NH_4HCO_3的濃度和加入速度分別為1.0 mol·L~(-1)和0.2 mL·s~(-1)；Sn~(4+)濃度為0.02 mol·L~(-1)；攪拌速度200 r·min~(-1)；反應(yīng)溫度20℃；TiO_2與SnO_2質(zhì)量比為9：1，焙燒溫度為600℃，對(duì)50 mg·L~(-1)斯蒂酚酸的去除率達(dá)93.2％，而相同條件下，商品TiO_2對(duì)斯蒂酚酸的去除率為79.9％。SnO_2-TiO_2復(fù)合催化劑由銳鈦礦相TiO_2和四方晶型SnO_2所組成，樣品表面的Sn／Ti原子比高于體相的Sn／Ti原子比，形成復(fù)合型SnO_2-TiO_2光催化劑；SnO_2的引入使復(fù)合半導(dǎo)體帶隙增加0.1 eV，在半導(dǎo)體n-p復(fù)合作用下，表面形成的Sn-O-Ti鍵，促進(jìn)光生載流子在復(fù)合半導(dǎo)體上的傳遞，實(shí)現(xiàn)光生電子和空穴的有效分離，提高了光催化效率。 (3)采用均勻沉淀法，制備出N摻雜型氧化鈦光催化劑。硫酸鈦與碳酸氫銨反應(yīng)產(chǎn)生的沉淀，經(jīng)過超聲波洗滌分離后，在氮?dú)鈿夥障陆?jīng)300℃焙燒，制得N摻雜氧化鈦光催化劑，在不損失紫外段催化能力的情況下，提高了催化劑的可見光活性，光吸收區(qū)發(fā)生紅移，其吸收帶邊拓展至468 nm。洗滌對(duì)于非金屬N的摻雜至關(guān)重要，經(jīng)洗滌后焙燒的樣品，呈現(xiàn)特殊的黃色，實(shí)現(xiàn)了N的摻雜，未經(jīng)洗滌而直接焙燒的樣品無黃色出現(xiàn)。由于非金屬N的摻雜，造成了Ti-O成鍵的變化，可能形成了N-Ti-O的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰，同時(shí)摻雜的N高度分散在TiO_2中，并在TiO_2中形成N-Ti-O網(wǎng)絡(luò)，O原子的電子結(jié)合能減小。N摻雜催化劑中的TiO_2以混晶的形式存在，N的摻雜可以彌補(bǔ)催化劑顆粒低溫焙燒條件下在晶型上的不足，呈現(xiàn)出良好的光催化活性。 (4)以Fe_3O_4為磁核，采用機(jī)械力化學(xué)法制備TiO_2／Fe_3O_4磁性復(fù)合光催化劑，其質(zhì)量比為m(TiO_2)：m(Fe_3O_4)=3：1，F(xiàn)e~(3+)離子部分取代了Ti-O-Ti網(wǎng)絡(luò)中的Ti~(4+)離子，形成Ti-O-Fe橋氧結(jié)構(gòu)。磁性復(fù)合催化劑與純TiO_2光催化性能接近。由于采用的球磨設(shè)備為陶瓷材料，在球磨過程中有少量SiO_2雜質(zhì)的摻入，但并未影響催化劑的光催化性能與磁分離性能。催化劑的光催化反應(yīng)為動(dòng)力學(xué)一級(jí)反應(yīng)。采用自制的磁分離器，對(duì)復(fù)合催化劑進(jìn)行磁分離實(shí)驗(yàn)，分離率可達(dá)93％左右。 (5)在光催化-膜分離反應(yīng)器中，選用孔徑為0.1μm～0.2μm的聚丙烯中空纖維微濾膜，可實(shí)現(xiàn)對(duì)粒徑為20nm二氧化鈦能達(dá)到很好的截留效果。本實(shí)驗(yàn)的最佳操作壓力為0.020 MPa，在光催化反應(yīng)常用的二氧化鈦濃度范圍內(nèi)，催化劑濃度對(duì)膜通量的影響不大，增大曝氣量可以減緩沉積層污染，降低膜阻力，本實(shí)驗(yàn)的經(jīng)濟(jì)曝氣量為0.4 m~3·h~(-1)；當(dāng)料液pH值接近二氧化鈦的等電點(diǎn)時(shí)，膜通量較大，pH值偏離等電點(diǎn)時(shí)，膜通量減��；料液中不同電解質(zhì)的存在，影響TiO_2顆粒表面電荷性質(zhì)，CaCl_2的加入使膜阻力減小，Na_2SO_4的加入使膜阻力增大，NaCl的加入對(duì)膜通量影響不大。膜可逆阻力是造成膜污染的主要因素，可通過控制膜抽吸壓力、合理選擇曝氣量、間歇抽吸等工藝條件減緩膜可逆污染；污染的膜依次用清水沖洗、超聲波清洗、0.5％NaOH+0.2％NaClO浸泡，0.5％HCl浸泡后可使膜通量恢復(fù)99％以上。 采用光催化-膜分離反應(yīng)器降解斯蒂酚酸模擬污水，二氧化鈦濃度為1.5 g·L~(-1)，濾膜操作壓力為0.02 MPa，采用抽吸13 min，停抽2 min的運(yùn)行模式，水力平均停留時(shí)間為2 h，在30 d的運(yùn)行時(shí)間內(nèi)，出水濁度去除率＞99.9％。
【圖文】：

圖2.2.1.1旋轉(zhuǎn)式反應(yīng)器Fig.2.2.l.lRevolvingreactor圖2.2.12磁力攪拌式反應(yīng)器Fig.2.2.l.2Magneticstirringreactor2.2.1.2實(shí)驗(yàn)藥品三硝基間苯二酚工業(yè)品

用磁力攪拌反應(yīng)器(有效容積ZoomL)，在懸漿體系中催化降解10mg·L一，的斯蒂酚酸溶液， 1gu，的催化劑，定時(shí)取樣，對(duì)降解產(chǎn)物進(jìn)行波長(zhǎng)范圍為190nm一 600nm的紫外掃描，并與標(biāo)準(zhǔn)紫外譜圖(圖2.3.9.1)對(duì)照，確定了最佳吸收波長(zhǎng)為408nln。t力10仁---仁主!，川烤二卜.

本文編號(hào)：2668329