新型光催化反应器处理有机废水的研究

摘要

本文以研制可以应用于实际工业废水处理的光催化反应器为目标，探讨了TiO<,2>固载技术、光催化反应器的设计、影响光催化体系的因素、反应动力学、降解机理以及光催化效果的提高方法，并用自行研制的光催化反应器处理干法腈纶废水的可行性进行了研究。 通过实验对比，采用P25型纳米TiO<,2>直接镀膜法简单易行，且光电催化效果要优于溶胶.凝胶法。外加偏压对光催化有良好的协同作用，研究得出了自制的光电催化反应器处理PEG-2000模拟废水的合理工艺参数：反应时间3h，最佳偏压12V，pn为.5.5，曝气量0.10m<'3>·h<'-1>，紫外灯功率40W，循环量450mL·min<'-1>，COD去除率为64.0％。初步对反应动力学进行了讨论，光电催化处理不同浓度的PEG-2000模拟废水表现为不同级数的反应动力学规律，并对降解机理进行了分析，反应最终产物为CO<,2>和H<,2>O。研究了外加氧化剂H<,2>O<,2>、过渡金属Ag<'+>和稀土金属La<'3+>掺杂TiO<,2>以及硫酸酸化改性对光电催化效果的影响，结果表明外加氧化剂H202对光电催化的促进作用最大。 对齐鲁石化干法腈纶废水的水质进行了分析，采用自制的光催化反应器研究处理干法腈纶废水，COD降低明显，B/C值从0.22上升到0.47；光电催化处理COD未达标的外排腈纶废水基本可以实现达标排放。在此基础上，结合其他处理工艺，最后提出了一套适合干法腈纶废水处理的可行工艺方案。

目录

文摘

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声明

第1章前言

1.1 TiO2光催化机理

1.2 TiO2催化剂固载技术

1.2.1载体的选择

1.2.2 TiO2催化剂在载体上的固载方法

1.3光催化反应器的设计研究

1.3.1悬浮式光反应器

1.3.2镀膜催化剂反应器

1.3.3填充床式光催化反应器

1.4光催化技术在有机废水处理中的应用

1.5光催化技术与其它技术的结合

1.5.1微波场作用下光催化反应技术

1.5.2热催化与光催化的耦合反应技术

1.5.3室温等离子体光催化反应技术

1.5.4生物-光催化反应技术

1.5.5电场协助光催化反应技术

1.5.6吸附与光催化结合技术

1.6光催化氧化动力学模型

1.6.1 Langmuir-Hinshelwood动力学模型

1.6.2其它动力学模型

1.7课题的研究目标、研究内容及意义

1.7.1研究目标

1.7.2研究内容

1.7.3研究意义

第2章光电催化反应器设计及处理PEG废水的研究

2.1实验部分

2.1.1实验仪器及药品

2.1.2分析方法及数据处理

2.1.3光电极的制备

2.1.4光电催化反应器的设计

2.1.5光电催化降解PEG实验方法

2.2实验结果与讨论

2.2.1两种不同TiO2膜的表征及光电催化活性的比较

2.2.2光电催化协同作用的研究

2.3光电反应器处理PEG废水的影响因素

2.3.1反应时间对处理效果的影响

2.3.2外加偏压对处理效果的影响

2.3.3初始浓度对处理效果的影响

2.3.4初始pH值对处理效果的影响

2.3.5曝气量对处理效果的影响

2.3.6光强对处理效果的影响

2.3.7循环量对处理效果的影响

2.3.8不同分子量对处理效果的影响

2.4 TiO2/Ti光电极膜稳定性研究

2.5小结

第3章光电催化降解PEG动力学及降解机理初步探讨

3.1光催化反应动力学初步探索

3.1.1光催化反应动力学原理

3.1.2光电催化处理PEG废水动力学初步研究

3.2光电催化氧化PEG降解机理的初步探讨

3.3小结

第4章光催化处理效果提高方法的研究

4.1外加氧化剂H2O2对光电催化的促进作用

4.2催化剂的金属离子掺杂对光电催化的促进作用

4.2.1金属离子掺杂TiO2膜的制备

4.2.2金属离子掺杂纳米TiO2膜光催化活性

4.2.3金属离子掺杂TiO2膜的表征

4.3硫酸酸化改性TiO2对光电催化性能的促进作用

4.3.1硫酸酸化改性TiO2催化剂的制备

4.3.2硫酸酸化改性TiO2膜光催化活性

4.4小结

第5章光电催化反应器处理干法腈纶废水可行性研究

5.1引言

5.2干法腈纶废水水质分析

5.3光电催化反应器处理干法腈纶废水的研究

5.3.1影响光电催化氧化处理干法腈纶废水效果的因素

5.3.2 H2O2投加对处理效果的影响

5.3.3 Ag+掺杂对处理效果的影响

5.4光电催化反应器处理外排腈纶废水

5.4.1 H2O2投加对处理效果的影响

5.4.2 Ag+掺杂对处理效果的影响

5.5光电催化处理腈纶废水的可行性分析

5.6小结

第6章结论及建议

6.1结论

6.2不足与建议

参考文献

附录

致谢

个人简历、在学期间的研究成果