活性炭及改性碳纳米管催化臭氧降解亚甲基蓝

摘要

本研究选用印染行业经常使用到的亚甲基蓝作为人工合成大分子有机物的模型物质。对亚甲基蓝(MB)进行臭氧曝气催化实验。考察了pH值，活性炭、自由基捕获剂、负载铁的碳纳米管及电泳沉积碳纳米管的零价铁板对MB脱色过程的影响。
　　实验表明，在充分的臭氧提供较高的传质势能下，底物的降解遵循稳定的准一级动力学。pH值可大幅度地改变反应的速率常数，碱性条件下溶解的臭氧分子分解生成羟基自由基，进而促进与底物反应。颗粒状活性炭(GAC)在反应过程中起到吸附，催化和缓冲的三重作用。GAC的投加对反应的提高是有限的，本研究中最适GAC投加量为9 g/L。活性炭的投加有利于体系pH维持在所需相对稳定值，可减少臭氧的反应需求量。研究推测了可能的反应机理，表明臭氧—活性炭工艺在适宜的条件下对MB的降解具有良好效果。
　　通过浸渍法制备的CNTs(Fe0)材料，经能量色散谱分析表征，其表面零价铁含量为3.70％。与含CNTs体系在不同pH下进行了对照实验。含CNTs(Fe0)体系脱色速率在酸性条件下最高，碱性条件下次之，TOC去除也是pH=3.0时最高。表明浸渍法制备的CNTs(Fe0)材料应用于臭氧曝气催化降解MB是可行的。根据CNTs(Fe0)在酸碱条件下的催化性能推测了酸性条件下CNTs(Fe0)体系可能的反应机理。
　　通过电泳法制备的Fe0-CNTs材料，电泳时间为3min时，对MB的催化降解效果最佳。在pH=3.0时，含Fe0-CNTs体系TOC去除率可达65％，远高于单独臭氧体系(15％)和臭氧与零价铁联用体系(23％)。测量水体中铁离子浓度发现，酸性条件下Fe0-CNTs材料中的零价铁积极地参与了反应。在碱性条件下，Fe0-CNTs体系对MB脱色也有良好的效果。向含Fe0-CNTs体系中添加叔丁醇之后，体系的脱色效果比单独臭氧体系差，说明Fe0-CNTs对体系脱色的增强实质是对自由基生成的增加。

目录

声明

摘要

引言

1 文献综述

1．1 印染废水

1．1．1 印染废水的水质特点

1．1．2 印染废水的处理方法

1．2 臭氧氧化技术

1．2．1 臭氧氧化机理

1．2．2 臭氧反应动力学

1．2．3 臭氧化过程影响因素

1．2．4 臭氧在水处理技术的应用

1．2．5 臭氧氧化技术与其他技术联用

1．3 碳纳米管

1．3．1 碳纳米管的制备

1．3．2 碳纳米管的性质

1．3．3 碳纳米管在水处理中的应用

1．4 选题依据

1．4．1 选题依据

1．4．2 研究内容

2 实验部分

2．1 实验仪器和试剂

2．1．1 实验仪器

2．1．2 实验试剂

2．2 实验装置

2．3 实验方法

2．3．1 单独臭氧体系pH及捕获剂对MB脱色的影响

2．3．2 GAC／O3对MB脱色研究

2．3．3 碳纳米管负载零价铁材料的制备

2．3．4 零价铁板对碳纳米管的固定

2．3．5 CNTs(Fe0)对MB脱色的研究

2．3．6 Fe0-CNTs对MB的脱色研究

2．4 测量与分析方法

2．4．1 亚甲基蓝溶液浓度的测定

2．4．2 脱色率和去除率的测定

2．4．3 表观脱色速率常数的测定

2．4．4 CNTs(Fe0)和Fe0-CNTs表征方法

3 单独臭氧对染料分子的脱色研究

3．1 MB溶液标准曲线

3．2 脱色效果的影响因素

3．2．1 pH在缓冲液中的影响

3．2．2 动力学分析

3．2．3 捕获剂的影响

3．3 臭氧消耗速率(OCR)的研究

3．4 小结

4 GAC／O3对MB的脱色研究

4．1 GAC的表征

4．1．1 GAC的表面结构

4．1．2 GAC的SEM分析

4．2 脱色和总有机碳的去除

4．2．1 GAC用量的影响

4．2．2 GAC用量对体系pH的影响及反应机理的推测

4．3 臭氧消耗速率(OCR)的研究

4．4 小结

5 CNTs(Fe0)和Fe0-CNTs对MB脱色的研究

5．1 CNTs(Fe0)和Fe0-CNTs的表征

5．1．1 CNTs(Fe0)和Fe0-CNTs的表面形态观察

5．1．2 CNTs(Fe0)及Fe0-CNTs的XRD分析

5．1．3 CNTs(Fe0)及Fe0-CNTs的能量色散X射线光谱分析(EDS)

5．2 CNTs(Fe0)对脱色的影响

5．2．1 不同pH值下CNTs(Fe0)对脱色效果的影响

5．2．2 CNTs(Fe0)电导率的影响

5．3 Fe0-CNTS对MB脱色的影响

5．3．1 不同电泳时间制备的Fe0-CNTs对脱色的影响

5．3．2 不同pH下Fe0-CNTs对脱色的影响

5．3．3 TOC的去除

5．4 小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢