Bi2O3可见光催化降解黄药研究

摘要

黄药是有色金属硫化矿浮选中常用的有机浮选药剂。本研究借鉴水处理中的先进技术(光催化氧化法)来研究水体中黄药的降解效果与规律。
　　 本文采用共沉淀法制备Bi2O3粉末,并通过X射线衍射(XRD)、粒度分析及紫外-可见漫反射谱(UV-Vis DRS)对所制备样品进行了表征。探讨了煅烧温度对Bi2O3粉体的晶型结构、晶粒尺寸及光催化性能的影响,结果表明:煅烧温度为500℃时制备的Bi2O3的光催化活性最好。它能在可见光照射下有效降解黄药,且反应条件温和、操作简便、能耗低。
　　 研究了正丁基黄药在以可见光为光源的Bi2O3悬浮体系下的光催化降解行为,在可见光(λ≥420nm)照射下考察了光照时间、Bi2O3的投加量、黄药初始浓度、溶液pH值等因素对黄药光催化降解效果影响。结果表明,光照时间及Bi2O3的投加量对正丁基黄药降解率的影响最大,它们是光催化降解黄药的主导因素。随着光照时间的增加,黄药的降解率也在增加,但当达到180min后,黄药降解率变化不明显。Bi2O3投加量也会对黄药降解率造成影响且最佳投加量为1.67g/L。另外,黄药初始浓度对黄药可见光催化降解的也是一个很重要的因素。随着正丁基黄药初始浓度的增加,光催化降解效率逐渐降低。随溶液pH变化,黄药降解率的变化较小,且基本上降解率都能达到94％以上。实验确定了适宜反应条件:当黄药初始浓度为50mg/L,自然pH=7.0,催化剂投加量为1.67g/L条件下,光照180min后,黄药降解率可达98.32％,CODCr去除率超过了82％。
　　 对正丁基黄药光催化降解行为作动力学研究,结果表明其光催化降解行为服从L-H模式,且反应速率常数k和Langmuir吸附常数K分别为2.897mg/(L-min)和4.272×10-2L/mg。
　　 通过红外光谱和紫外-可见光谱分析,探讨了光催化剂Bi2O3对黄药的降解机理。其中,红外图谱扫描结果表明,光催化剂Bi2O3对黄药的的降解途径是先将黄药吸附在其表面,然后进行降解作用。紫外-可见光光谱扫描结果表明黄药可见光催化降解过程中产生了少量的中间产物。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 概述

1.2 浮选药剂简介

1.2.1 浮选药剂的定义及作用

1.2.2 浮选药剂的分类

1.3 黄药的性质与应用

1.3.1 黄药的物理性质

1.3.2 黄药的化学性质

1.3.3 黄药的应用

1.3.4 黄药对环境的危害

1.4 浮选废水的治理方法

1.4.1 自然曝晒法

1.4.2 吸附法

1.4.3 化学沉淀法

1.4.4 酸化法

1.4.5 氧化法

1.4.6 生物法

1.4.7 综合治理法

1.5 光催化氧化技术研究现状及其前景

1.5.1 光催化技术研究现状

1.5.2 发展前景

1.6 本文的主要研究目标、意义及内容

1.6.1 研究目的与意义

1.6.2 研究内容

第2章 实验药剂、仪器及方法

2.1 实验药品

2.2 实验仪器及设备

2.3 实验研究方法

2.3.1 Bi2O3的制备步骤

2.3.2 Bi2O3的表征手段

2.3.3 正丁基黄药的提纯

2.3.4 正丁基黄药的紫外吸收光谱

2.3.5 正丁基黄药标准工作曲线的绘制

2.3.6 Bi2O3光催化降解正丁基黄药实验方法与步骤

2.4 分析方法

2.4.1 正丁基黄药浓度的测定

2.4.2 正丁基黄药降解效果的评价

2.4.3 COD的测定

2.4.4 紫外—可见吸收光谱图

2.4.5 红外光谱法

第3章 Bi2O3表征结果与讨论

3.1 XRD图谱分析

3.2 粒度分析

3.3 UV-Vis DRS图谱分析

3.4 Bi2O3光催化降解黄药评价

3.5 本章小结

第4章 黄药的光催化降解实验

4.1 光照时间的影响

4.2 Bi2O3投加量的影响

4.3 黄药初始浓度的影响

4.4 废水pH值的影响

4.5 光催化降解黄药动力学研究

4.6 CODCr值测定

4.7 本章小结

第5章 Bi2O3对黄药的光催化降解机理探讨

5.1 光催化氧化机理

5.2 紫外—可见吸收光谱分析

5.3 红外光谱分析

5.4 本章小结

第6章 结论

6.1 全文主要结论

6.2 创新之处和有待深入的内容

参考文献

致谢

附录:攻读硕士学位期间发表论文情况