纸浆的光催化漂白与造纸废水的光催化处理研究

摘要

造纸是国民经济的重要行业，它在产生巨大利益的同时，也给我们提出了严峻的环境问题。实现漂白工艺无污染及造纸废水无害排放，对造纸工业的可持续发展至关重要，相关研究总结为两个方面:其一，是在漂白工艺方面的改进，即研究少污染的先进漂白技术;其二，研究新型高效治理漂白废水的技术和工艺。TiO2光催化技术是近二十几年发展起来的一种新型高效环境污染处理技术，本论文针对纸浆漂白及造纸废水处理发展趋势，采用硫酸盐浆、高得率浆、CEH三段漂白废水为研究对象，研究将TiO2光催化技术应用于纸浆漂白和造纸废水处理的可行性。论文主要研究工作如下：
　　1、利用自制光催化漂白反应器，以TiO2为光催化剂，在紫外光照射下，对针叶材硫酸盐木浆光催化漂白过程的主要影响因素进行了探索。以纸浆白度ISO为评价指标，系统考察了紫外光催化降解时间、光照模式、初始pH值、浆浓等指标的影响。结果表明:随着光催化漂白时间的增加，漂后浆的白度上升;当光催化剂用量为1.0 g/L、初始pH=4.0、浆浓为0.5％、紫外光照射条件下，光催化漂白6h后漂后浆白度比未漂浆白度可提高11.06％ISO。SEM与FIIR分析表明:TiO2光催化漂白主要是以保留木素为基准，浆料经光催化漂白后浆中残余木素与未漂浆残余木素的结构变化不大，纤维结构在漂白过程中未受影响。
　　2、以TiO2为光催化剂，对马尾松高得率浆光催化漂白过程的部分影响因素进行了初步研究。以纸浆白度ISO为评价指标，系统考察了光照时间、催化剂用量、初始pH值等指标的影响。实验结果表明:随着光催化漂白时间的增加，漂后浆的白度上升;适当的酸性环境可以促进反应顺利进行获得高白度的纸浆;当光催化剂用量为1.0 g/L、初始pH=4.0紫外光照射条件下，光催化漂白6h后漂后浆白度比未漂浆白度增值可提高70％。
　　3、以TiO2为光催化剂，在悬浮态流化床催化反应器中对CEH三段漂白废水进行了光催化降解研究。以CODCr为评价指标，考察了催化剂用量、体系pH值、光催化降解时间及通氧方式等对降解CEH废水的影响因素。结果表明:TiO2投加量、光催化降解时间、体系pH值以及通氧对CODCr的去除影响显著。当TiO2用量为1.0 g/L、初始pH=4.0、连续通气条件下降解效果最佳，光催化降解4h后，CEH漂白废水中CODCr去除率可达84.8％。出水水质达到国家二级排放标准。
　　4、采用酸催化水解法制得的活性炭(AC)负载N掺杂TiO2(TON/AC)为光催化剂，在太阳光照射下，对实际CEH漂白废水进行光催化处理。以CODCr为评价指标，系统考察了太阳光催化降解时间、太阳光体系pH值、催化剂利用次数等指标的影响。结果表明:此法制备的TON/AC光催化剂具有较高的太阳光催化活性，且可多次循环使用。当TON/AC用量为1.0 g/L、初始pH=3.0条件下降解效果最佳，太阳光催化降解8天后，CEH漂白废水中CODCr去除率可达73.35％。

目录

摘要

1 绪论

1．1 造纸工业所面临的环境问题

1．2 纸浆漂白技术研究进展

1．2．1 纸浆漂白技术的发展状况

1．2．2 我国漂白技术的现状和发展动态

1．3 纸浆漂白废水的污染状况

1．3．1 漂白废水的主要特征

1．3．2 漂白废水的毒性

1．3．3 漂白废水处理的主要方法

1．4 光催化

1．4．1 TiO2光催化降解机理

1．4．2 TiO2存在形式

1．4．3 TiO2光催化优点

1．4．4 TiO2光催化在纸浆漂白中的应用

1．4．4 TiO2光催化在纸浆漂白造纸废水中的应用

1．5 研究内容

1．6 本论文课题提出的目的和意义

2 实验部分

2．1 主要原料及仪器

2．2 水解法制备TiO2装置图、TiO2煅烧装置及自制光催化反应装置

2．3 测试项目及分析方法

2．3．1 纸浆的测定实验

2．3．2 废水CODcr测定实验

2．4 光催化剂的表征

2．4．1 光催化剂的DRS分析

2．4．2 光催化剂的XRD测定

2．4．3 光催化剂的SEM分析

3 硫酸盐木浆光催化漂白的研究

3．1 实验

3．1．1 实验原料

3．1．2 实验方法

3．1．3 检测与分析方法

3．2 结果与分析

3．2．1 光照方式的影响

3．2．2 时间的影响

3．2．3 浆浓度的影响

3．2．4 初始pH值的影响

3．2．5 纸浆的SEM与FIIR观察

3．3 本章小结

4 高得率浆光催化漂白的研究

4．1 实验

4．1．1 实验原料

4．1．2 实验方法

4．2 结果与分析

4．2．1 漂白时间的影响

4．2．2 催化剂用量的影响

4．2．3 初始pH值的影响

4．3 本章小结

5 CEH漂白废水的TiO2光催化降解

5．1 实验

5．1．1 实验材料

5．1．2 实验方法

5．2 结果与讨论

5．2．1 TiO2催化剂用量的影响

5．2．2 初始pH值的影响

5．2．3 光照时间的影响

5．2．4 通氧方式的影响

5．3 本章小结

6 氮掺杂TiO2／AC复合催化剂对CEH漂白废水的太阳光催化降解

6．1 实验部分

6．1．1 TON／AC光催化剂的制备

6．1．2 光催化剂表征

6．1．3 太阳光降解

6．2 结果与讨论

6．2．1 TON／AC光催化剂结构

6．2．2 TON／AC对CEH漂白废水的降解

6．3 本章小结

结论

参考文献

附录

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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