固体杂质对TiO2和ZnO光催化降解萘酚蓝黑的影响

摘要

光催化氧化是水污染控制的高级氧化技术之一，具有重要的潜在应用价值。考虑到实际净水过程中可能会有许多固体杂质与光催化剂共存，并可能会促进或者抑制光催化剂的活性，因此，搞清固体杂质对光催化反应过程的影响是非常必要的，可为光催化技术的发展及其应用提供理论依据。
　　 本论文选取黏土矿物、金属氧化物、有机质及生物颗粒物等四类固体杂质中的典型颗粒物作为实验对象，以萘酚蓝黑(NBB)为模拟污染物，采用动力学方法研究了这些固体杂质对TiO2和ZnO光催化降解萘酚蓝黑活性的影响，并初步探讨了影响机制。论文研究的主要内容及结果如下：
　　 (1)实验用的黏土矿物包括蒙脱土、高岭土、伊利石、叶腊石、天然石英砂等，均取自天然产物。使用的金属氧化物包括α-FeOOH、α-Fe2O3、Fe(OH)3胶体、α’-AlOOH、γ-Al2O3、α-MnO2、δ-MnO2、γ-MnOOH、γ-Mn3O4等，均采用化学合成方法自制。使用的有机质有腐殖酸和富里酸，为人工提取的天然产物。生物颗粒物为药厂提供的活性污泥。研究中采用XRD、SEM和UV-Vis DRS等技术对固体杂质颗粒物及其与光催化剂作用后的样品进行了表征。
　　 (2)δ-MnO2在不同pH条件下对TiO2和ZnO光催化降解萘酚蓝黑的活性有明显不同的影响。当pH=3时，体系中共存的δ-MnO2对TiO2的光催化活性有促进作用。但当pH分别为6、9、10时，TiO2活性明显受到严重抑制，甚至完全失活，抑制程度由低到高依次为pH10　　 (3)pH=6时，所选黏土矿物均对TiO2光催化降解萘酚蓝黑的活性有较弱的抑制作用，且蒙脱土的抑制程度最大，但此时反应仍符合一级动力学行为。
　　 (4)当体系中有α-FeOOH共存时，随α-FeOOH浓度的增大，对TiO2的光催化活性的抑制程度有小幅增加；pH越高，TiO2降解萘酚蓝黑的速度越低。当pH=6，铁氧化物颗粒物存在时，反应速率常数均小于对比实验的速率常数，体系仍遵循一级动力学行为。
　　 (5)在初始pH=6时，溶液中共存的α’-AlOOH和γ-Al2O3使TiO2的动力学曲线右移，即反应速率有所降低，反应过程不再遵循一级动力学方程。
　　 (6)腐殖酸和富里酸对TiO2和ZnO活性影响大不相同。腐殖酸对TiO2和ZnO完全降解萘酚蓝黑所需时间没有影响，只是使动力学曲线略有下移。但富里酸对两种催化剂的活性均产生严重的抑制作用，是光催化剂的毒物。UV-Vis DRS的结果显示，受富里酸污染的TiO2和ZnO的光吸收强度降低，吸收带边明显蓝移。
　　 (7)不同pH下，活性污泥对TiO2光催化活性产生明显的抑制作用，在pH=6和9时抑制作用更大。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 光催化技术概述

1.2 光催化反应原理

1.3 光催化技术的缺陷

1.4 光催化研究的新动向

1.5 论文选题依据、主要内容及其创新点

第二章 实验主要设备及方法

2.1 实验仪器

2.2 实验试剂

2.3 实验材料

2.3.1 光催化剂P-25TiO2和纳米ZnO

2.3.2 模拟水体颗粒物的制备

2.3.3 模拟水体颗粒物的表征

2.3.4 样品的紫外-可见漫反射光谱表征

2.4 实验及数据处理方法

2.4.1 萘酚蓝黑溶液的配置

2.4.2 反应装置

2.4.3 实验方法

第三章 固体杂质对TiO2光催化活性的影响

3.1 引言

3.2 黏土矿物对TiO2光催化降解萘酚蓝黑活性的影响

3.2.1 pH的影响

3.2.2 蒙脱土对TiO2光催化降解萘酚蓝黑活性的影响

3.2.3 不同温度时蒙脱土对TiO2光催化降解NBB活性的影响

3.2.4 不同黏土矿物对TiO2光催化降解NBB活性的影响

3.2.5 UV-Vis DRS测定

3.3 金属氧化物对TiO2光催化活性的影响

3.3.1 铁氧化物对TiO2光催化活性的影响

3.3.2 铝氧化物对TiO2光催化活性的影响

3.3.3 锰氧化物对TiO2光催化活性的影响

3.4 有机颗粒物对TiO2光催化降解萘酚蓝黑活性的影响

3.4.1 腐殖酸对TiO2光催化降解萘酚蓝黑活性的影响

3.4.2 不同有机酸对TiO2光催化活性的影响

3.4.3 不同pH下富里酸对TiO2光催化活性的影响

3.4.4 富里酸浓度对TiO2光催化活性的影响

3.4.5 UV-Vis DRS表征

3.5 生物颗粒物对TiO2光催化降解萘酚蓝黑活性的影响

3.6 本章小结

第四章 固体杂质对ZnO光催化活性的影响

4.1 引言

4.2 pH对ZnO光催化活性的影响

4.3 δ-MnO2对ZnO光催化活性的影响

4.4 不同晶型锰氧化物对ZnO光催化活性的影响

4.5 有机酸对ZnO光催化活性的影响

4.6 富里酸浓度对ZnO光催化活性的影响

4.7 UV-Vis DRS表征

4.8 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间取得的科研成果