锌铜掺杂纳米TiO2催化剂光催化氧化水中腐殖酸的研究

摘要

本文作者以悬浮态TiO2态光催化体系为基础,对饮用水中的腐殖酸进行了光催化氧化研究。腐殖酸在水体中,不仅会影响水的色度和嗅味,而且会在氯消毒过程中产生副产物——三卤甲烷,已有报道这些小分子卤代物是致癌物质。因此,去除天然水体的腐殖酸,可以很大程度上提高供水水质,保障人体健康。本文采用溶胶-凝胶法分别制备了掺锌、掺铜和锌铜共掺三种改性TiO2,并对其光催化降解腐殖酸进行了比较研究,主要研究内容如下:
　　(1)以Zn(NO3)2.6H2O为锌源,采用溶胶-凝胶法制备了掺锌纳米TiO2催化剂。通过XRD、SEM等方法对催化剂进行了表征,考察了焙烧温度和掺锌量对光催化降解HA的影响。进一步研究了降解HA的影响因素得出,取浓度为10mg/L腐殖酸,调pH=6.5,投入掺锌量为2％的纳米TiO2光催化剂2g/L,在15W紫外灯照射下反应3h,腐殖酸的降解率可达94.19%。当腐酸殖浓度和pH值保持不变,在太阳光下,催化剂投加量为1g/L,掺锌量为5%的纳米TiO2光催化反应3h对水中腐殖酸的降解率最高可达71.61%。
　　(2)以Cu(NO3)2.3H2O为铜源,制备了掺铜纳米TiO2催化剂。研究了焙烧温度、反应时间和催化剂投加量等因素对HA去除率的影响。结果表明,当腐殖酸初始浓度为10mg/L,溶液pH=6.5,催化剂投加量为2g/L,掺铜量为0.5%的TiO2在15W紫外灯光照3h下对水中腐殖酸的去除率最高可达60.82%。太阳光下,保持腐殖酸浓度不变,调整pH=3.5,催化剂用量为2g/L时,光催化反应3h对水中腐殖酸的去除率最高可达37.5%。
　　(3)以Zn(NO3)2.6H2O为锌源,Cu(NO3)2.3H2O为铜源,采用溶胶-凝胶法首次制备了锌铜共掺纳米TiO2催化剂。研究了pH、腐殖酸溶液初始浓度和催化剂焙烧温度等因素对腐殖酸降解率的影响。实验结果得出:当腐殖酸质量浓度为10mg/L,催化剂投加量为2g/L,在15W紫外灯光照3h下,掺0.5%Cu-1%Zn复合TiO2光催化剂对腐殖酸的降解率可达到76.82%。在太阳光下,保持腐殖酸浓度不变,调整pH=5.5,催化剂用量为2g/L时,掺2%Cu-1%Zn复合TiO2对水中腐殖酸的去除率可达50.62%。

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第一章 绪论

1.1研究背景

1.2水体中腐殖酸的性质、危害及去除方法

1. 3光催化氧化理论及研究的情况

1.4 纳米TiO2的结构及特性

1.5纳米TiO2的制备方法、改性手段及应用领域

1.6光催化氧化降解水中腐殖酸的研究

1.7主要研究内容、意义及创新点

第二章 实验材料及方法

2.1实验用水

2.2实验试剂及主要仪器

2.3催化剂的制备

2.4实验方法

2.5 光催化剂性能评价指标

2.6实验表征仪器、设备

2.7表征分析方法

第三章 掺锌纳米TiO2催化剂的制备及

光催化降解腐殖酸的研究

3.1复合催化剂的表征与分析

3.2光催化性能研究

3.3影响掺锌复合纳米催化剂活性的因素研究及分析

3.4本章结论

第四章 掺铜复合纳米TiO2的制备及对水中腐殖酸的降解研究

4.1掺铜催化剂的表征分析

4.2影响掺铜复合纳米催化剂活性的因素研究及分析

4.3本章结论

第五章 锌铜复合纳米TiO2的制备及对水中腐殖酸的降解研究

5.1复合催化剂的表征与分析

5.2光催化性能研究

5.3影响锌铜复合催化剂活性因素研究及分析

5.4本章小结

第六章 结论与建议

6.1结论

6.2建议

参考文献

致谢

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