【摘要】： 印染廢水目前已成為我國(guó)第二大工業(yè)污染源,同時(shí)隨著行業(yè)的不斷發(fā)展,各種新型染料、PVA漿料、新型助劑等更為復(fù)雜的難生化降解的有機(jī)物大量進(jìn)入印染廢水,給常規(guī)生化方法處理帶來了更大的挑戰(zhàn),印染廢水的超標(biāo)排放給環(huán)境水體造成了巨大的壓力,國(guó)家及各級(jí)地方政府紛紛出臺(tái)了更為嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。在這種情況下,尋求繼生化處理后適合印染廢水深度處理的高效物化處理技術(shù)顯得極為必要。 光催化氧化方法作為一種行之有效的處理難降解有機(jī)物的高級(jí)氧化技術(shù),其研究歷史已近40年,其應(yīng)用于印染廢水的處理的研究在前期也積累了大量的實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù),人們對(duì)各種染料光催化降解的機(jī)理及其動(dòng)力學(xué)過程也有了一定的認(rèn)識(shí)。然而,該技術(shù)要實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用,仍然面臨TiO2光催化光量子效率低下及懸浮態(tài)催化劑易流失等瓶頸問題。為此,包括環(huán)境、物理、化學(xué)等專業(yè)為數(shù)眾多的研究者將研究集中在如何提高催化劑的光量子效率及催化劑的高效負(fù)載上,因此對(duì)于TiO2本身的研究似乎成了解決問題的焦點(diǎn)。而光源作為光催化氧化方法中極為重要的一個(gè)組成部分,其研究顯得極為有限。 本文以實(shí)現(xiàn)印染廢水的深度處理為目標(biāo),為解決光催化氧化方法的工業(yè)化應(yīng)用問題,將研究的著眼點(diǎn)放在新型光源上,并通過光催化與膜分離耦合解決懸浮態(tài)催化劑的高效分離問題,試圖為光催化氧化方法在印染廢水深度處理中的應(yīng)用提供一種新的思路。 本研究從分析不同波長(zhǎng)紫外光源對(duì)典型活性染料的降解過程入手,通過分別考察長(zhǎng)波紫外(365nm)與短波紫外(254nm)對(duì)活性艷紅X-3B的TiO2光催化降解動(dòng)力學(xué)過程,揭示波長(zhǎng)這一因素在光催化氧化中的作用。研究結(jié)果表明,活性艷紅X-3B在254nm光源照射下,同時(shí)發(fā)生直接光氧化和光催化氧化兩種反應(yīng),而在365nm光源照射下,僅發(fā)生光催化反應(yīng)；在365nm光源照射下,其降解動(dòng)力學(xué)符合表觀一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程,而且能用更為精確的L-H模型表述,在254nm光源照射下,數(shù)據(jù)擬合發(fā)現(xiàn)其降解過程符合二級(jí)反應(yīng)方程,通過對(duì)比X-3B在兩種光源下的降解半衰期發(fā)現(xiàn),在同比條件下,365nm光源對(duì)活性艷紅X-3B的降解半衰期為37.263min,而254nm光源則下降為0.855min。通過分析表明短波紫外比長(zhǎng)波紫外具有更高的光量子效率。 在比較波長(zhǎng)對(duì)典型活性染料光催化效率影響的基礎(chǔ)上,分析了現(xiàn)有光化學(xué)反應(yīng)中所應(yīng)用光源存在的問題,提出微波無電極紫外光源在應(yīng)用于光化學(xué)反應(yīng)的優(yōu)越性。通過對(duì)Ar壓力、體積、Hg量等影響發(fā)光體光譜特性的主要因素的實(shí)驗(yàn),得出在本實(shí)驗(yàn)室條件下最佳的發(fā)光體設(shè)計(jì)參數(shù),結(jié)合對(duì)微波輻射系統(tǒng)的重新設(shè)計(jì)并考慮其在水處理中的諸多應(yīng)用問題,設(shè)計(jì)了一種新型結(jié)構(gòu)的微波無極紫外光源,分析了該光源在啟動(dòng)、光譜等方面的特性,以常用高壓汞燈為參比,對(duì)比二者在光譜強(qiáng)度、光譜均勻性、臭氧產(chǎn)量及羥自由產(chǎn)量等方面的差異。研究結(jié)果表明：在本實(shí)驗(yàn)條件下,控制發(fā)光體表面溫度為40℃,Ar壓力20Torr、Hg量5mg、直徑1.7cm的發(fā)光體的短波紫外輸出比例最高、強(qiáng)度最大；同高壓汞燈相比,微波無極紫外光源在光譜強(qiáng)度、短波紫外輻射比例、光譜均勻性等各方面的性能均優(yōu)于前者,微波無極紫外光源可以在大功率條件下實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度的短波紫外輸出。 應(yīng)用微波無極紫外光源對(duì)偶氮類及蒽醌類典型活性染料進(jìn)行直接光氧化及光催化氧化實(shí)驗(yàn)。分析了該光源同高壓汞燈相比在直接光氧化活性艷紅X-3B和活性艷藍(lán)KN-R兩種染料上的不同。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明微波無極紫外光源的直接光氧化作用明顯,而普通高壓汞燈不具備直接光氧化性能,實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了前文波長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果,通過TOC、HPLC、離子色譜等的分析,初步探討了活性艷紅X-3B的光氧化機(jī)理；通過對(duì)微波無極紫外光催化氧化方法中催化劑種類、催化劑濃度、染料濃度、pH值、曝氣條件、無機(jī)離子種類等影響因素的各項(xiàng)實(shí)驗(yàn),提出了各因素的合理取值。 為了解決懸浮態(tài)TiO2催化劑的分離及回收問題,引入了膜分離的方法,并采用浸沒式膜組件將微波光氧化和膜分離耦合到同一反應(yīng)器中,實(shí)現(xiàn)微波光催化氧化和膜分離耦合運(yùn)行。實(shí)驗(yàn)通過對(duì)臨界膜壓力及臨界膜通量、膜組件形式、催化劑粒徑、催化劑濃度、膜運(yùn)行方式等因素的考察,確定了合適的膜分離條件；通過活性艷紅X-3B在直接光氧化、光催化氧化、外加氧化劑氧化等條件下的降解效果對(duì)比,確定了合適的微波光催化氧化條件,并用微波光氧化-膜分離耦合工藝對(duì)實(shí)際生產(chǎn)印染廢水進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),確定了該工藝應(yīng)用于印染廢水深度處理的限制因素,為該工藝的工業(yè)化應(yīng)用提供了參考。 本文的創(chuàng)新點(diǎn)在于：(1)通過比較短波紫外光與長(zhǎng)波紫外光在光催化降解典型染料活性艷紅X-3B上的不同,指出了短波紫外條件下存在直接光氧化和光催化氧化兩種反應(yīng),并得出短波紫外光催化光量子效率更高的結(jié)論；(2)通過對(duì)發(fā)光體惰性氣體、汞量及體積的實(shí)驗(yàn),得出了發(fā)光體的最佳設(shè)計(jì)參數(shù),結(jié)合對(duì)微波輻射系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)了一種適合水處理用的新型大功率短波長(zhǎng)微波無極紫外光源,并考察了該光源對(duì)典型染料的直接光氧化及光催化氧化性能；(3)將微波無極紫外光催化方法同膜分離方法結(jié)合,解決了懸浮態(tài)催化劑易流失的問題,為進(jìn)一步的工程應(yīng)用提供了參考。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：X703
【圖文】：

表現(xiàn)出一定的季節(jié)性變化，這可能與印染加工隨人們一年四季的服飾要求而變化有關(guān)。進(jìn)一步的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，雖然印染各工序排放廢水的水質(zhì)差異很大，但是每一個(gè)單獨(dú)的工序排放的水質(zhì)卻具有相對(duì)的穩(wěn)定性，圖l一3到圖1一5分別為我們對(duì)某染紗車間皂洗廢水PH、色度及COD為期兩個(gè)月的監(jiān)測(cè)結(jié)果。調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，原水pH值總體上比較穩(wěn)定的分布在6一8之間，占總體監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的97.2%。這是因?yàn)槿旧笥兴嵯催^程，會(huì)中和染色過程的堿性。但是仍然有接近3%的情況皂洗廢水的pH值會(huì)大于8.0，這可能與在生產(chǎn)過程中存在酸洗不充分的情況有關(guān)。圖1一4的結(jié)果表明，該類廢水色度波動(dòng)比較大，最低從16倍增加到最大值2048倍，但從總體來看，主要色度值以512倍色度與1024倍色度為主

以上各種發(fā)光體材料根據(jù)本課題具體設(shè)計(jì)參數(shù)均由江蘇某燈泡廠代為加工制作。3.2.2實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)裝置如圖3一4所示，實(shí)物照片如圖3一5。首先對(duì)家用微波爐進(jìn)行改裝，分別開通風(fēng)孔，紅外測(cè)溫儀探頭孔，和光纖光譜儀探頭孔，在微波諧振腔內(nèi)部安裝平行的兩根高度可上下適當(dāng)調(diào)節(jié)的石英燈架(作為發(fā)光體的支撐，同時(shí)可根據(jù)發(fā)光體形狀和大小的差異調(diào)節(jié)高度，以保證紅外測(cè)溫儀探頭正對(duì)發(fā)光體);通過微波控制器控制微波的強(qiáng)弱、通過紅外測(cè)溫儀和測(cè)溫儀分別檢測(cè)發(fā)光體表面溫度和環(huán)境溫度，通過氣泵給微波諧振腔通風(fēng)，通過光纖探頭捕獲發(fā)光體發(fā)射的光譜數(shù)據(jù);通過Spectrastrite軟件系統(tǒng)對(duì)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，光譜積分時(shí)間20ms，光譜強(qiáng)度直接從光譜圖中讀出，不同波長(zhǎng)人，處的輻射峰值記為I

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 劉戀;MW/UV/TiO_2方法處理典型活性染料廢水研究[D];武漢紡織大學(xué);2011年

本文編號(hào)：2730863