SiO2负载N和F掺杂TiO2可见光下降解废水中的丙烯腈

摘要

丙烯腈是一种重要的化工原材料,是合成腈纶纤维、丁腈橡胶、ABS工业塑料和树脂的单体。虽然丙烯腈有很大的用处,但丙烯腈在生产和使用过程中会带来的各种的环境污染问题。丙烯腈具有高毒性及潜在的遗传毒性,所以丙烯腈废水不仅破坏水体生态系统,还危害人类的健康。由于丙烯腈是能够溶于水的有毒有机物,像焚烧法,加压水解法,湿式催化氧化法,超临界水氧化法,Fenton氧化法,循环活性污泥法等一般的化学物理处理方法的去除效果都不是很理想,所以本文就围绕用光催化法降解废水中的丙烯腈展开研究。
　　本文首先对催化剂的制作方法进行了研究。利用溶胶凝胶,水热法和水解法制备二氧化钛催化剂,并对制备的催化剂催化降解丙烯腈能力进行比较。然后研究了掺杂二氧化硅对催化剂的作用,优化了二氧化钛的最佳负载量,发现当用溶胶凝胶法制备催化剂,并且质量比SiO2:TiO2=16:9时,催化剂的活性最高。然后,对掺氮,掺氟二氧化钛的制备条件和反应条件进行了研究。结果表明当用三乙胺作为氮的前驱体,掺氮量为80％,煅烧温度为550℃时催化剂的效果最好,并且当催化剂加入量为1.1g,pH=9时,更利于催化剂的降解,最佳降解率为31%。当用氟化氢最氟的前驱体,掺氟量80%,煅烧温度为450℃时催化剂的效果最好,并且当催化剂加入量为0.9g,并且pH=9时,得到最佳催化剂降解率为50.8%。然后进一步考察了氮氟共掺对催化剂的影响,得出当用氟化铵为氮氟的前驱体,掺氮量为80%,煅烧温度为450℃时催化剂的催化效果最好,并且当催化剂加入量为0.9g,pH=9时,得到催化剂的最佳降解率为62%。最后,研究了掺氮,掺氟和氟氮共掺催化剂的动力学和丙烯腈的降解产物。研究表明掺氮,掺氟和氟氮共掺催化剂的三条动力学曲线的相关系数都比较高,着这表明三种催化体系都符合一级反应动力学模型。并且根据反应速率常数k可判断出,氟氮共掺催化剂去除丙烯腈的速率最大,掺氮催化剂降解速率最低。整个实验路线为利用可见光光催化去除丙烯腈指明了方向,有助于丙烯腈产业的发展。

目录

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题背景

1.1.1 丙烯腈的应用

1.1.2 丙烯腈废水的危害

1.2 传统去除丙烯腈的方法及问题

1.2.1 焚烧法

1.2.2 加压水解法

1.2.3 催化湿式氧化法

1.2.4 超临界水氧化法

1.2.5 Fenton氧化法

1.2.6 辐射法

1.2.7 生物膜法

1.2.8 光催化法

1.3 光催化剂的发展现状

1.3.1 催化剂原理

1.3.2 TiO2催化剂的制备方法

1.3.3 负载型TiO2催化剂的研究现状

1.3.4 提高TiO2催化剂的方法

1.3.5 影响TiO2催化剂催化活性的主要因素

1.4 光催化剂的应用

1.4.1 光催化技术处理水中污染物

1.4.2 光催化氧化降解气相污染物

1.4.3 光催化技术在卫生保健方面的应用

1.5 课题研究目的和意义

1.6 课题研究的内容

第2章 实验材料与方法

2.1 化学试剂与实验仪器

2.1.1 化学试剂

2.1.2实验仪器

2.2 光催化实验装置

2.3 实验操作

2.3.1 实验反应操纵步骤

2.3.2 样品检测方法

2.3.3 光催化活性评价方法

2.4 催化剂的表征方法

2.4.1 催化剂的比表面积测量方法

2.4.2 紫外-可见漫反射光谱

2.4.3 催化剂形貌及元素表征方法

2.4.4 催化剂XRD表征

2.5 本章小结

第3章 催化剂的制备与比较

3.1 催化剂的制备

3.1.1 溶胶凝胶法

3.1.2 水热法

3.1.3 水解法

3.2 空白对照试验

3.3 催化剂活性的比较

3.4 硅胶负载TiO2的研究

3.4.1 不同催化剂对丙烯腈的吸附

3.4.2 负载二氧化硅对催化剂活性的影响

3.4.3 二氧化钛负载量的优化

3.5 本章小结

第4章 负载SiO2的掺氮掺氟和氮氟共掺催化剂

4.1 非金属元素的掺杂

4.2 F掺TiO2催化剂的条件优化

4.2.1 F前驱体的选择

4.2.2 F掺杂量的优化

4.2.3 煅烧温度对F掺杂TiO2的影响

4.2.4 F掺杂TiO2催化剂用量对反应的影响

4.2.5 pH对F掺杂TiO2降解丙烯腈的研究

4.3 N掺TiO2催化剂的条件优化

4.3.1 N前驱体的选择

4.3.2 N掺杂量的优化

4.3.3 煅烧温度对N掺杂TiO2的影响

4.3.4 N掺杂TiO2催化剂用量对反应的影响

4.3.5 pH对N掺杂TiO2降解丙烯腈的影响

4.4 N和F共掺TiO2催化剂的条件优化

4.4.1 F和N前驱体的选择

4.4.2 N和F共掺TiO2的掺杂量的优化

4.4.3 煅烧温度对N和F共掺TiO2的影响

4.4.4 F-N-TiO2催化剂用量对反应的影响

4.4.5 pH对F-N-TiO2降解丙烯腈的影响

4.5 N-F-TiO2与N-TiO2和F-TiO2的比较

4.6 本章小结

第5章 反应动力学研究及产物分析

5.1 光催化动力学

5.2 丙烯腈降解产物分析

5.3 本章小结

结 论

参考文献[1] 邢会敏，刘艳田，原高，仁

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致 谢