TiO2/γ-Al2O3光催化—BAF联合降解2-氯硝基苯

摘要

目前，因TiO2其稳定、无毒和光催化活性高等特点，使其成为当前研究较多及最有效的光催化剂，TiO2已经逐渐应用在许多行业;但如今普通TiO2光催化剂基本为粉末状且其粒径较小，一旦投入水体后便很难再回收利用，使其存在着重复利用较难的缺陷。本文以Ti(SO4)2和Al(NO3)3·9H2O为原料，采用溶胶-凝胶-滴粒-煅烧等方法，制备TiO2/γ-Al2O3复合微球光催化剂，来解决光催化剂的回收重复利用等问题;并以2-氯硝基苯(2-CNB)为底物，研究其光催化活性，且进行BAF和TiO2/γ-Al2O3光催化-BAF联合降解实验，初步分析了2-CNB的降解情况及机理。
　　 实验中分别以不同的Ti/Al比和煅烧温度来合成TiO2/γ-Al2O3，经分析对比后，选用摩尔比Ti∶Al=1∶3，850℃下煅烧4h，来制备降解实验所需的光催化剂，其锐钛矿型TiO2和γ-Al2O3晶体较明显，没有出现金红石型的TiO2衍射峰;其中TiO2/γ-Al2O3复合微球光催化剂粒径为1-2 mm左右。
　　 实验中初步分析了底物浓度、溶液pH、光强、曝气量、光催化剂浓度等因素对光催化降解2-CNB的影响;结果表明:TiO2/γ-Al2O3催化剂浓度为800 mg/L，紫外光源为20 W，曝气量为0.1 m3/h，pH=7，室温下;40 mg/L的2-CNB的降解效果较好，其最佳反应时间为3h，降解3h后2-CNB的去除率约为92％;且此条件下TiO2/γ-Al2O3光催化剂依次重复利用5次时对40 mg/L2-CNB的3h降解率均为75％以上，其回收重复利用效果较好。
　　 根据实验结果分析，认为2-CNB的光催化反应过程为:其苯环上的氢原子、氯和硝基均可被·OH取代形成相应的酚类，同时氯和硝基以Cl-和NO2-的形式存在;然后均进一步开环至最终降解为CO2、H2O、NO3-等物质。而其BAF降解过程为:其苯环上的氯和硝基可被取代形成相应的酚类;然后均进一步开环至最终降解为CO2、H2O等物质。
　　 在TiO2/γ-Al2O3光催化-BAF联合降解反应中，2-CNB经光催化预处理后，产生一些中间产物，其对BAF中的微生物具有一定促进作用，可明显缩短BAF生物降解的时间，提升2-CNB的BAF降解效率。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 TiO2的研究

1．2．1 TiO2的光催化反应机理

1．2．2 TiO2的光催化影响因素

1．2．3 TiO2的负载技术研究

1．3 TiO2的废水处理研究

1．4 曝气生物滤池(BAF)的研究

1．5 2-氯硝基苯(2-CNB)的降解研究

1．6 本论文研究的主要内容

第二章 实验部分

2．1 实验试剂和仪器

2．2 实验方法

2．2．1 TiO2／γ-Al2O3复合微球光催化剂的制备

2．2．2 曝气生物滤池(BAF)中微生物的培养及驯化

2．2．3 TiO2／γ-Al2O3光催化降解2-氯硝基苯

2．2．4 曝气生物滤池(BAF)生物降解2-氯硝基苯

2．2．5 TiO2／γ-Al2O3光催化-BAF联合降解2-氯硝基苯

2．3 分析方法

2．3．1 TiO2／γ-Al2O3复合光催化剂的X射线衍射(XRD)分析

2．3．2 降解反应中2-CNB的浓度及产物分析

2．3．3 动力学分析

第三章 TiO2／γ-Al2O3光催化降解2-氯硝基苯的结果分析

3．1 TiO2／γ-Al2O3光催化剂的分析

3．2 紫外-可见(UV-Vis)分析

3．2．1 溶液pH对光催化降解2-CBN的影响

3．2．2 光催化剂浓度对光催化降解2-CBN的影响

3．2．3 曝气量对光催化降解2-CBN的影响

3．2．4 光源强度对光催化降解2-CBN的影响

3．2．5 2-CNB浓度对光催化降解反应的影响

3．3 高效液相色谱(HPLC)分析

3．4 高效液相色谱-质谱联用(HPLC-MS)分析

3．5 气相色谱-质谱联用(GC-MS)分析

3．6 离子色谱(IC)分析

3．7 光催化降解2-CNB的可能反应机理

3．8 最佳光催化反应时间

3．9 2-CBN的浓度误差和吹脱分析

3．10 TiO2／γ-Al2O3复合光催化剂的重复利用分析

第四章 BAF生物降解2-氯硝基苯的结果分析

4．1 紫外-可见(UV-Vis)分析

4．2 高效液相色谱(HPLC)分析

4．3 高效液相色谱-质谱联用(HPLC-MS)分析

4．4 BAF降解2-CBN的可能反应机理

第五章 TiO2／γ-Al2O3光催化-BAF联合降解2-CNB结果分析

5．1 紫外-可见(UV-Vis)分析

5．2 高效液相色谱(HPLC)分析

5．3 2-CNB废水的COD降解分析

第六章 结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果