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四硝基酞菁钴-TiO2/壳聚糖复合微球的制备及其性能研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 CS微球的研究进展

1.1.1 CS微球制备方法

1.1.2 CS微球的应用

1.2 TiO2光催化的研究与进展

1.2.1 纳米二氧化钛光催化的基本原理

1.2.2 影响纳米TiO2光催化效率的因素

1.2.3 处理有机废水的应用

1.2.4 TiO2光催化存在的问题及改性研究

1.2.5 纳米TiO2光催化剂的改性研究

1.3 偶氮染料废水处理方法的研究进展

1.3.1 偶氮染料废水的特点及危害

1.3.2 偶氮染料废水的处理方法

1.4 论文研究的目的与意义

1.4.1 研究目的

1.4.2 研究意义

1.5 论文研究的主要内容以及技术路线

1.5.1 课题研究的主要内容

1.5.2 课题研究技术路线

第二章 CoTNPc-TiO2/CS复合微球制备、表征及性能研究

2.1 实验部分

2.1.1 试剂与仪器

2.1.2 复合材料制备

2.2 样品表征

2.2.1 XRD衍射分析

2.2.2 UV-Vis/DRS分析

2.2.3 IR分析

2.2.4 SEM扫描分析

2.3 复合微球吸附性能研究

2.3.1 4BS标准曲线的绘制

2.3.2 避光吸附4BS实验步骤

2.3.3 避光吸附4BS的研究

2.4 复合微球光催化活性的研究

2.4.1 复合微球光催化降解4BS实验步骤

2.4.2 光催化降解直接耐酸大红(4BS)的研究

2.4.3 CoTNPc-TiO2/CS复合微球吸附降解4BS的紫外可见吸收光谱分析

2.5 本章小结

第三章 CoTNPc-TiO2/CS复合微球对4BS吸附条件的研究

3.1 实验部分

3.1.1 试剂与仪器

3.1.2 避光吸附4BS实验

3.2 结果与讨论

3.2.1 复合微球的用量对4BS吸附率的影响

3.2.2 不同初始浓度的4BS对吸附率的影响

3.2.3 T对吸附率的影响

3.2.4 不同pH值对吸附率的影响

3.3 本章小结

第四章 CoTNPc-TiO2/CS复合微球光催化降解4BS条件的研究

4.1 实验部分

4.1.1 试剂与仪器

4.1.2 光催化降解实验

4.2 结果与讨论

4.2.1 复合微球中不同四硝基酞菁钴的掺杂量对4BS降解率的影响

4.2.2 复合微球中不同CoTNPc-TiO2焙烧温度对4BS降解率的影响

4.2.3 不同CoTNPc-TiO2/CS复合催化剂用量对4BS降解率的影响

4.2.4 不同pH值对4BS光催化降解率的影响

4.2.5 复合微球中CoTNPc-TiO2的含量对4BS光催化降解率的影响

4.2.6 CoTNPc-TiO2/CS复合催化剂的重复利用对4BS光催化降解率的影响

4.3 本章小结

第五章 CoTNPc-TiO2/CS复合微球降解反应动力学研究

5.1 反应动力学的特点

5.2 4BS的降解反应动力学的建立

5.3 本章小结

结论

致谢

参考文献

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摘要

本论文基于壳聚糖(chitosan,CS)、纳米TiO2等材料的特点,采用乳化交联法制备CoTNPc-TiO2/CS复合微球。通过UV-Vis/DRS、XRD、IR、SEM等表征方法深入研究了复合微球的结构组成,初步确定了复合材料的性能。以难降解偶氮染料废水4BS为研究对象,深入考察了CoTNPc-TiO2/CS复合微球的吸附、降解性能,系统分析了该复合材料的最佳制备及反应条件,确定了CoTNPc-TiO2/CS复合微球光催化降解动力学方程及相关系数。结论如下:
  1.乳化交联法制备CoTNPc-TiO2/CS复合微球过程中:固化剂与CS溶液体积比为1∶1.5;交联剂与CS溶液的体积之比为1∶20;Span80在油相体积中占8%;搅拌转速控制在800r/min时制得的微球呈现出分散性良好、球分布均匀、成球率高、球尺寸较均匀、平均粒径在60μm、单个微球球径控制在5μm;复合微球中的CoTNPc-TiO2的矿相随温度的改变而改变,由300℃到400℃TiO2从无定型往锐钛矿型转变。在CoTNPc-TiO2的制备过程中,CoTNPc是以分子的方式存在于复合材料上。CoTNPc的掺杂拓展了复合微球在可见区的吸收范围,从而提高了光催化活性。
  2.CoTNPc-TiO2/CS复合微球吸附4BS最佳反应的条件为:4BS初始浓度50mg/L、微球吸附剂用量为0.6g/L、pH为8.8、温度为293K时,吸附效果最好,60分钟达到吸附平衡,吸附率为96%。
  3.复合微球中CoTNPc-TiO2最佳制备条件和可见光催化降解4BS反应条件为:4BS初始浓度100mg/L、CoTNPc-TiO2中CoTNPc掺杂量为1wt%、焙烧温度400℃,复合催化剂投放量为0.4g/L,pH=5,CoTNPc-TiO2/CS中CoTNPc-TiO2的含量为23%,60min降解率为99%;CoTNPc-TiO2/CS复合催化剂具有极佳的重复利用性,重复利用5次后,降解率下降25%。
  4.根据4BS在最佳反应条件下降解浓度的变化,求得动力学方程y=-0.0148x+0.4820,且反应符合一级动力学反应,相关系数R=-0.9959。

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