隨著工業(yè)、農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快,水污染特別是有機(jī)污染物造成的水資源短缺已成為威脅人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重大問題。在眾多水污染治理的技術(shù)中,以Ti02為代表的光催化材料能將污水中有毒、難降解有機(jī)污染物完全礦化成無(wú)害的無(wú)機(jī)物,成為一種理想的水污染治理材料。但是基于Ti02光催化技術(shù)在處理有機(jī)污染物廢水的實(shí)際應(yīng)用中,還存在粉末狀TiO2難回收并造成二次污染、負(fù)載型TiO2容易脫落、薄膜型TiO2負(fù)載量有限并且容易剝落等缺點(diǎn)。針對(duì)上述問題,為提高TiO2的光催化活性,促進(jìn)光催化技術(shù)在有機(jī)污水處理中的實(shí)際應(yīng)用,本論文結(jié)合TiO2無(wú)毒、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定以及優(yōu)異的光催化性能和塊狀氣凝膠的結(jié)構(gòu)特性,制備大尺寸塊狀鈦基氣凝膠代替?zhèn)鹘y(tǒng)形式的TiO2光催化材料處理廢水中有機(jī)污染物。氣凝膠具有低密度、高孔隙率和高比表面積等特點(diǎn),內(nèi)部骨架和穿透孔交織形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),溶劑干燥后形成的穿透孔在光催化處理污水時(shí)有利于水溶液自由進(jìn)出,骨架上存在的納米級(jí)介孔可增加吸附和反應(yīng)位點(diǎn),進(jìn)而增加材料的光催化性能。通過控制水解縮聚反應(yīng)速率、增強(qiáng)凝膠骨架強(qiáng)度并增大穿透孔孔徑得到大尺寸塊狀氣凝膠還可解決催化劑回收難題。本論文在新型塊狀鈦基氣凝膠的常壓制備及其光催化降解廢水中有機(jī)污染物等方面開展了系列研究工作,主要研究成果如下：1.以多孔脲醛樹脂為硬模板,采用負(fù)壓-浸漬組裝TiO2,經(jīng)高溫煅燒去除模板成功制備得到具有雙孔分布的厘米級(jí)Ti02塊體。染料光催化降解實(shí)驗(yàn)表明多孔Ti02塊體光催化性能達(dá)到商用粉末狀催化劑P25的水平。其厘米級(jí)塊體結(jié)構(gòu)易回收,解決了粉末狀催化劑不易回收的難題。2.發(fā)展了一種溶膠-凝膠結(jié)合相分離調(diào)控氣凝膠孔結(jié)構(gòu)的方法,在常壓干燥條件下成功制備了厘米級(jí)銳鈦礦型塊狀TiO2-SiO2氣凝膠,其比表面積達(dá)到357.86m2/g,平均孔徑為10.01nm。SiO2的引入有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：1、增強(qiáng)了凝膠的強(qiáng)度,促進(jìn)塊狀氣凝膠構(gòu)型保持；2、增大了材料的比表面積、提高了材料的酸性位點(diǎn),可顯著提高材料表面活性位點(diǎn),進(jìn)而提高材料的光催化性能；3、硅鈦原子水平的復(fù)合能夠抑制高溫時(shí)TiO2由銳鈦礦向金紅石相轉(zhuǎn)變,以及抑制高溫時(shí)催化劑比表面積減小,提高氣凝膠的熱穩(wěn)定性。將該材料應(yīng)用于光催化降解硝基酚、亞甲基藍(lán)等有毒、難降解模擬廢水,發(fā)現(xiàn)有良好的光催化性能,當(dāng)催化劑用量為16 g/L,3小時(shí)內(nèi)可以將20mg/L亞甲基藍(lán)降解完全；在弱堿性條件下,催化劑用量為8 g/L,3 h內(nèi)可將50 mg/L硝基酚基本降解完全。大尺寸塊狀結(jié)構(gòu)有利于催化材料回收使用,經(jīng)4次循環(huán)使用材料的光催化性能基本保持不變。3.以光催化降解實(shí)際應(yīng)用為導(dǎo)向,設(shè)計(jì)與構(gòu)筑了大尺寸環(huán)形TiO2-SiO2氣凝膠,實(shí)現(xiàn)了與光源的直接耦合,得到自支撐催化劑環(huán)繞光源的光催化反應(yīng)器。該反應(yīng)器擴(kuò)大了催化材料的光接觸面積,同時(shí)克服了懸漿型光催化反應(yīng)器催化劑不易回收,負(fù)載型光催化反應(yīng)器催化劑容易脫落的問題。將該光催化反應(yīng)器應(yīng)用于光催化降解廢水中草甘膦和2-氯-4-硝基酚等有毒、難降解有機(jī)污染物,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該裝置實(shí)現(xiàn)了有機(jī)污染物的深度降解。離子色譜跟蹤降解過程揭示了草甘膦的降解路徑和機(jī)理,離子色譜分析結(jié)果表明有機(jī)污染物最終降解產(chǎn)物為磷酸根和硝酸根等無(wú)機(jī)離子,無(wú)次生污染物產(chǎn)生。4.利用醋酸控制鈦金屬醇鹽的水解和縮聚反應(yīng),常壓條件下自組裝得到具有微米、納米兩級(jí)孔道的銳鈦礦型自支撐塊狀Ti02氣凝膠,解決了TiO2氣凝膠易碎、不易成塊的難題。材料孔隙率達(dá)95.7%,內(nèi)部由納米棒團(tuán)簇形成高強(qiáng)度骨架支撐,數(shù)十微米穿透孔為常壓干燥氣體順利逸出提供了良好通道。染料光催化降解實(shí)驗(yàn)表明,微米級(jí)孔道結(jié)構(gòu)還有利于染料分子的傳質(zhì)與擴(kuò)散,增強(qiáng)了其光催化效果。500℃煅燒塊狀Ti02氣凝膠兼具大的比表面積和銳鈦礦晶型,有良好的光催化性能,光催化降解過程主要活性物種為·OH和·O2。塊狀Ti02氣凝膠經(jīng)4次循環(huán)使用后光催化性能基本保持不變。為提高對(duì)光的利用效率,在塊狀Ti02氣凝膠骨架上原位組裝了AgI納米顆粒,使其光吸收波段由紫外區(qū)擴(kuò)大到可見光區(qū)�？梢姽獯呋到鈦喖谆{(lán)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),AgI-TiO2塊狀氣凝膠具有良好的可見光催化性能,投入量為16 g/L時(shí),在可見光條件下(λ420 nm)1小時(shí)內(nèi)可將10 mg/L亞甲基藍(lán)降解80%以上。
【學(xué)位單位】：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：X703;O643.3
【部分圖文】：

徑基自由基（’ＯＨ）。送些高活性的超氧自由基ＯＣＶ）、徑基自由基（’ＯＨ）和空穴??能將有機(jī)物氧化，生成Ｃ〇２、Ｈ２０Ｗ及一些簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物，從而能夠達(dá)到去除有機(jī)??污染物的目的。主要的反應(yīng)過程如圖１－１所示。??轉(zhuǎn)??Ａ?度取?Ｅｇ?＾?〇２１?，ｖ??戦．嫁??２?罕??圖１－１?半導(dǎo)體光催化機(jī)理示意圖??圖中涉及的主要反應(yīng)方程式如下：??

高孔隙率的基本特點(diǎn)，且其孔結(jié)構(gòu)具備開孔性和相氣凝膠相互連通的孔洞中自由進(jìn)出，另其高比表面，該類型氣凝膠在水處理和空氣凈化等領(lǐng)域有廣泛膠在水處理方面的應(yīng)用??一種性質(zhì)優(yōu)良的超輕多孔性非晶固體材料。納米級(jí)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該材料比表面積可高達(dá)１２００?ｍ２／ｇ，孔空隙中充滿氣態(tài)分散介質(zhì)，因此其密度很低，密氣重３倍［３８］。更重要的是Ｓｉ〇２氣凝膠孔結(jié)構(gòu)具有體和液體可Ｗ貫穿整個(gè)凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。由于具有率高于活性炭纖維和趕膠，其在吸附水溶液中有機(jī)Ｓｉ〇２氣凝膠具有高比表面和高孔隙率可作為催化劑變氣凝膠表面性質(zhì)得到疏水Ｓｉ〇２氣凝膠，選擇性吸圖１－３是疏水Ｓｉ化氣凝膠吸附油的示意圖，從圖結(jié)構(gòu)，吸附黃色的油漂浮在水面上，處理后可直接水表面清澈無(wú)油表明氣凝膠己將油全部吸附。??

構(gòu)１＾１大孔和中空為主，送種特殊的孔結(jié)構(gòu)有利于污染物的吸附和脫附，為碳?xì)饽??膠再生重復(fù)利用創(chuàng)造了條件。另外，碳?xì)饽z的孔結(jié)構(gòu)還可Ｗ通過調(diào)節(jié)高碳有機(jī)??氣凝膠的骨架和孔結(jié)構(gòu)來(lái)調(diào)節(jié)碳?xì)饽z的孔結(jié)構(gòu)Ｗ達(dá)到最佳吸附性能，如圖１－４??所示，通過改變骨架顆粒的大小，能調(diào)控穿透孔及骨架孔的大小，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜水??環(huán)境中的污染物的有效去除。??�。鷩�(guó)??�。�！圓圏??ｉｎｃｒｅａｓｅ?ｏｆ?ｍｏｎｏｍｅｒ?ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ??（ｔｏｗａｒｄｓ?ｍｏｒｅ?ｄｅｎｓｅ?ＲＦ?ａｅｒｏｇｅｌｓ）??圖１－４有機(jī)ＲＦ氣凝膠和碳?xì)饽z的微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控示意圖ＰＳＩ??目前，國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者通過不同的方法制備了碳?xì)饽z并將其應(yīng)用于水處理??中吸附環(huán)境水中的污染物，研究表明碳?xì)饽z具有豐富的微孔和中孔結(jié)構(gòu)可吸附??水體難降解的重金屬離子巧日有機(jī)污染物［５６＾８］，其在環(huán)境水處理吸附領(lǐng)域有著??廣泛的應(yīng)用前景。碳?xì)饽z是繼活性炭之后出現(xiàn)的一種新型輕質(zhì)、多孔優(yōu)良的碳??吸附材料ｔｗｉ。同時(shí)，由于碳?xì)饽z是唯一可導(dǎo)電的氣凝膠，用碳?xì)饽z進(jìn)行水體??電吸附也具有潛在的優(yōu)勢(shì)。呂桂芬ｔｅｗ將具有中孔結(jié)構(gòu)的碳?xì)饽z作為＝維電極裝??置的粒子電極并處理模擬苯齡廢水，發(fā)現(xiàn)有很好的催化去除效果，去除率達(dá)９７．５％，??循環(huán)５０次后，ＣＯＤ去除率仍在８０％?Ｗ上。２００２年ＹｉｎｇＷ等探究了比表面為４１２??ｍ２?／ｇ（?７７％微孔和２３％中化）和比表面為６０２?ｍ２?／ｇ（?８５％微孔和１５％中孔）兩種碳??氣凝膠對(duì)ＮＣＶ和Ｃｕ２＋的電吸附
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 史冉冉;王寶輝;苑丹丹;;難降解有機(jī)廢水處理技術(shù)研究進(jìn)展[J];工業(yè)催化;2014年09期

2 劉善云;王濤;;疏水性二氧化硅氣凝膠吸附水中微量苯酚和甲醛的研究[J];離子交換與吸附;2009年04期

本文編號(hào)：2844023