【摘要】： 本文從探索可磁分離的細(xì)粉催化劑制備開始,力圖解決淤漿床反應(yīng)器實(shí)際應(yīng)用中面臨的固、液分離之難題;以兩種典型污染物的吸附和光催化降解實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),分析了可能的降解途徑,研究了降解工藝,并建立了其中一種污染物的等溫吸附方程和降解動力學(xué)模型;隨后,將上述研究成果應(yīng)用于反應(yīng)器設(shè)計(jì),提出了一種轉(zhuǎn)筒式光催化反應(yīng)器,并在自制的反應(yīng)器中進(jìn)行了兩種催化劑加裝方式下的光催化降解實(shí)驗(yàn);最后,推導(dǎo)出了反應(yīng)器的設(shè)計(jì)方程,由此模擬了反應(yīng)器的實(shí)驗(yàn)操作。具體內(nèi)容如下: 首先以鈦酸丁酯為原料,采用溶膠-凝膠法制備了TiO_2超細(xì)粒子,在對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征和催化活性評價(jià)的基礎(chǔ)上,通過正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化了TiO_2的制備條件;將得到的TiO_2分別負(fù)載在玻璃片和活性炭表面制備了負(fù)載型TiO_2催化劑,并進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征和催化活性評價(jià)。 采用共沉淀結(jié)合固體粒子混合法,成功地在TiO_2中引入了三氧化二鋁包膜磁性核,既保持了催化劑高效的光催化活性,又具備了可以利用磁場分離催化劑的特征。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,TiO_2對水溶液中的有機(jī)物有很強(qiáng)的吸附性能。為此,考察了溶液溫度和pH值對直接耐酸大紅4BS染料在TiO_2催化劑上的吸附性能,建立了基于Langmuir理想吸附的等溫吸附方程。 針對光催化水處理方法中存在降解機(jī)理復(fù)雜,動力學(xué)研究不夠完善等問題,對NTS酸和4BS兩種有機(jī)物的光催化降解機(jī)理進(jìn)行了初步的分析,同時(shí),實(shí)驗(yàn)研究了紫外線照度、溶液pH值、催化劑用量、反應(yīng)時(shí)間及混合狀態(tài)對4BS染料降解速率的影響,推導(dǎo)出了綜合上述因素下的4BS染料在TiO_2催化劑上的光催化降解動力學(xué)方程。 綜合比較了固定床反應(yīng)器單位反應(yīng)體積內(nèi)有效光照區(qū)域小,催化劑細(xì)顆粒淤漿床固、液分離困難的優(yōu)劣之后,提出了轉(zhuǎn)筒式光催化反應(yīng)器,并確定了其基本形式。在自制的轉(zhuǎn)筒式光催化反應(yīng)器中實(shí)驗(yàn)測定了反應(yīng)器內(nèi)的紫外光照度分布,經(jīng)數(shù)據(jù)處理,得到了描述照度分布的曲面方程,進(jìn)而建立起轉(zhuǎn)筒式光催化反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模型。 在該反應(yīng)器中完成了間歇條件下的4BS染料光催化降解的實(shí)驗(yàn)研究。通過反應(yīng)器數(shù)學(xué)模型的模擬計(jì)算,得到了與實(shí)驗(yàn)相吻合的結(jié)果。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號】：X703

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本文編號：2713044