稀土掺杂ZnO光催化降解城市垃圾渗滤液实验研究

摘要

中国城镇化和工业化加速了城市垃圾的产生，大量城市垃圾填埋场的建设运营导致了垃圾渗滤液产量与日俱增。目前由于我国垃圾分类还不成熟，导致其产生的渗滤液具有水质组成复杂、生物难降解有机质及有毒有害物质较多等特点，是我国工业废水处理的难题和重点。因而研究高效低耗、节能环保的水处理新工艺和新材料来解决这类废水显得非常必要。其中，ZnO纳米材料是一种对污水有较好光催化效果的半导体材料，而它的光催化性能与其外部形貌尺寸、内部晶体结构及光催化反应条件等有很大关系。
　　论文研究主要分为两个部分。第一部分是制备纳米光催化材料粉体。以醋酸锌（Zn(CH3COO)2）、六水合硝酸铕（Eu(NO3)3·6H2O）、六水合硝酸钆Gd(NO3)3.6H2O为主要原料，氢氧化钠（NaOH）为沉淀剂，聚乙二醇（PEG2000）为矿化剂(表面活性剂)，柠檬酸（盐酸）为pH调节剂（模板剂），采用水热法制备纯ZnO纳米棒光催化材料粉体、稀土元素Eu掺杂ZnO复合纳米光催化材料粉体和稀土元素Gd掺杂ZnO复合纳米光催化材料粉体。用XRD、HRTEM、EDS、BET、XPS等现代测试分析手段对粉体样品的晶相、微观结构、掺杂元素、比表面积等进行了表征分析。研究了反应温度、反应时间、掺杂元素、掺杂比等反应条件对ZnO微晶微观形貌的影响。第二部分是研究纳米光催化材料粉体对城市垃圾渗滤液的降解效果。主要结论如下：
　　（1）确定稀土掺杂ZnO最佳掺杂量、最佳制备条件和最佳光催化反应条件。水热反应温度为160℃，时间为6h，制备的纯ZnO、3％Eu-ZnO和0.1%Gd-ZnO光催剂对城市垃圾渗滤液的降解效果较好。城市垃圾渗滤液的脱色率分别为31.3%、40.0％和35.8％，COD的去除率分别为36.5%、62.0%和52.5%。
　　（2）根据武汉市某垃圾填埋场的渗滤液处理情况，提出将光催化反应作为垃圾渗滤液预处理工艺方案，用光催化效果最好的3%Eu掺杂ZnO复合光催化剂对垃圾渗滤液进行降解实验，经过光催化处理后，垃圾渗滤液的BOD5/CODcr值由原来的0.32提高到0.43，渗滤液的可生化性得到了较大提高。

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第1章 绪论

1.1引言

1.2城市垃圾渗滤液的概述

1.3 光催化技术

1.4光催化材料-ZnO

1.5研究目的和内容

第2章 实验方案

2.1制备方法选择

2.2实验试剂和仪器

2.3拟处理对象

2.4光催化效果分析方法

第3章 光催化纳米材料的制备与表征

3.1 光催化纳米材料的制备

3.2 光催化纳米材料的表征与分析

3.3 本章小结

第4章 光催化降解城市垃圾渗滤液实验

4.1实验步骤

4.2实验结果

4.3 本章小结

第5章 结论与展望

5.1结论

5.2展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表的论文

附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目