交联淀粉/TiO2复合材料的制备及协同处理染料废水

摘要

二氧化钛(TiO2)是一种有效的光催化剂，在紫外光照射的条件下，可将有机物降解为CO2和H2O，在染料废水处理领域具有很大潜力。但是TiO2表面活性位点较少，吸附性能有限，导致光催化时间过长，限制了其推广应用。为了缩短TiO2反应时间，本文提出两种改性淀粉分别与TiO2复合制备复合材料。利用改性淀粉吸附作用提高了TiO2光催化效率。
　　本文提出了在溶胶凝胶体系中利用原位合成法制备交联淀粉微球/二氧化钛（CSM/TiO2）复合材料、交联多孔淀粉/二氧化钛（FDPS/TiO2）复合材料。考察了复合材料的形貌、晶型、红外特性。结果表明，TiO2通过Ti-O-C键负载于改性淀粉表面，利于光催化反应的发生。
　　考察了改性淀粉添加量对复合材料的比表面积、吸附、光催化性能的影响，提出复合材料对亚甲基蓝(MB)吸附以单分子层吸附为主的假设，并确定了最佳改性淀粉添加量。当CSM添加量为25.3wt％时，CSM/TiO2复合材料性能最优，比表面积为255.1 m2/g，对MB的最大饱和吸附量为147.68mg/g，光催化去除率可达98.86％;当FDPS添加量为10 wt％时，FDPS/TiO2复合材料性能最优，比表面积为176.9m2/g，对MB的最大饱和吸附量为80.55 mg/g，光催化去除率可达99.92％。
　　对比复合材料与单个材料对染料的吸附和光催化去除速率，发现两种复合材料都有效地缩短了光催化反应时间，提高了光催化效率。当复合材料与TiO2对MB的光催化去除率都达到99％以上时，CSM/TiO2、 FDPS/TiO2复合材料的光催化反应时间仅为TiO2的12.5％和12％。同时保持了高吸附率，其对MB的饱和吸附去除率分别为92.41％和99.7％。
　　为了进一步探究复合材料对染料的去除作用机理，拟合了复合材料对MB溶液吸附及协同作用的热力学和动力学模型。结果表明，两种复合材料的吸附作用都较好地符合单分子层吸附的Langmuir吸附模型。且协同作用都较好的符合准二级动力学模型和Weber-Morris内扩散模型，反应过程以分子内扩散为控制步骤。基于此提出了复合材料对染料的吸附-光催化协同作用机理，吸附剂表面吸附的染料向TiO2表面活性位点的扩散传质提高了光催化反应效率，且是协同作用的控制步骤。

目录

声明

摘要

引言

1 文献综述

1．1 染料废水

1．1．1 染料废水概述

1．1．2 吸附法处理染料废水

1．1．3 光催化法处理染料废水

1．1．4 其他方法处理染料废水

1．2 二氧化钛的概述

1．2．1 二氧化钛的晶型结构

1．2．2 二氧化钛的制备方法

1．2．3 二氧化钛的光催化机理

1．2．4 提高二氧化钛光催化效率的方法

1．3 淀粉概述

1．3．1 淀粉简介

1．3．2 交联淀粉微球研究

1．3．3 交联多孔淀粉研究

1．4 淀粉和TiO2的复合改性研究

1．5 选题依据和研究内容

2 CSM／TiO2复合材料的制备及性能研究

2．1 实验主要仪器及药品

2．1．1 主要实验仪器

2．1．2 实验药品

2．2 实验方法

2．2．1 CSM／TiO2复合材料的制备

2．2．2 样品表征

2．2．3 MB溶液标准曲线测试

2．2．4 吸附性能测试

2．2．5 光催化性能测试

2．3 结果与讨论

2．3．1 复合材料形貌与结构分析

2．3．2 MB溶液标准曲线

2．3．3 CSM添加量对CSM／TiO2吸附性能影响

2．3．4 CSM添加量对CSM／TiO2光催化性能的影响

2．3．5 CSM／TiO2与CSM、TiO2性能比较

2．4 本章小结

3 FDPS／TiO2复合材料的制备及性能研究

3．1 实验主要仪器及药品

3．1．1 实验仪器

3．1．2 实验药品

3．2 实验方法

3．2．1 FDPS／TiO2复合材料的制备

3．2．2 样品表征

3．2．3 吸附性能测试

3．2．4 光催化性能测试

3．3 结果与讨论

3．3．1 复合材料形貌与结构分析

3．3．2 FDPS添加量对FDPS／TiO2吸附性能的影响

3．3．3 FDPS添加量对FDPS／TiO2光催化性能影响

3．3．4 FDPS／TiO2与FDPS、TiO2性能比较

3．4 本章小结

4 复合材料处理染料废水的机理探究

4．1 实验主要仪器和药品

4．1．1 实验仪器

4．1．2 实验药品

4．2 实验方法

4．2．1 复合材料协同处理染料废水性能研究

4．2．2 等温吸附模型

4．2．3 动力学模型

4．3 结果与讨论

4．3．1 CSM／TiO2吸附热力学与动力学分析

4．3．2 CSM／TiO2协同作用机理研究

4．3．3 FDPS／TiO2热力学和动力学分析

4．3．4 FDPS／TiO2协同作用机理研究

4．3．5 CSM／TiO2协同作用与吸附作用对比

4．3．6 FDPS／TiO2协同作用与吸附作用对比

4．4 本章小结

结论

创新性与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢