SiO2/TiO2复合气凝胶的制备及对胶印油墨废水处理的研究

摘要

随着印刷技术的不断发展，印刷行业废水的排放量与日俱增、成分复杂、难以生化降解等问题越发严重，因而开发一种经济、高效的废水处理方式便成为了研究的热点。光催化氧化法是近年来盛行的绿色水处理方法，可将其用于处理印刷废水。而二氧化钛以其无毒、价廉、光催化性能优良而作为常用的绿色光催化剂。二氧化硅气凝胶是一种具有高比表面积、多孔等优质性能的材料，可以作为良好的催化剂载体。本文采用溶胶凝胶法和常压干燥法制备了二氧化硅/二氧化钛复合气凝胶，不仅具有二氧化钛的光催化活性，也克服了二氧化钛粉末难以分离回收、成本高等问题，并以此作为复合光催化剂来处理胶印油墨废水，结果发现这种光催化剂可以显著降低废水的COD和色度，且可回收再利用。具体研究内容如下：
　　（1）二氧化硅/二氧化钛复合气凝胶的制备
　　以钛酸丁酯（TBT）和正硅酸乙酯(TEOS）分别作为钛源和硅源，正硅酸乙酯和三甲基氯硅烷作为表面改性剂，正己烷作为低表面张力溶剂，各主要原料配比为：n(TBT):n(TEOS):n(EtOH):n(HAC):n(H2O):n(H+):n(DMF)=1:1:20:2:6:1×10-3:0.2，制备得到了SiO2/TiO2复合气凝胶，结果表明：制备的复合气凝胶热稳定性能优良，其中硅钛元素均匀分布而且呈疏松多孔状态。
　　详细研究了不同硅钛比对SiO2/TiO2复合气凝胶的密度、比表面积和结构的影响，以及煅烧温度对其比表面积和晶体结构的影响，实验结果表明：随着硅钛比的减小，复合气凝胶密度呈减小趋势，最低为0.17g/cm3；当硅钛比为1:1时，复合气凝胶比表面积最大，为701.6m2/g。经过煅烧后的复合气凝胶，随温度的升高比表面积呈下降趋势，到800℃时，降低至220.68m2/g，仍具有较大的比表面积，能够满足光催化条件。同时，XRD结果表明，在800℃下煅烧时，复合气凝胶锐钛矿衍射峰最明显，具有光催化活性。
　　（2）二氧化硅/二氧化钛复合气凝胶的应用研究
　　本文探索了光催化氧化法处理胶印油墨废水的各影响因素，获得了光催化氧化法处理胶印油墨废水的最优工艺。首先对废水进行混凝预处理，降低废水浊度，提高光的透过率，然后采用光催化氧化法处理废水。结果表明：光催化氧化在以下条件降解胶印油墨废水时达到最优：催化剂（煅烧温度为800℃、硅钛比为1:1的复合催化剂）投加量为0.2g/L，紫外光照时间为30min，pH为5时，废水中COD和色度的去除率分别为92.4％和94.6%。其催化效果明显优于P25。
　　复合气凝胶的重复利用次数检测结果表明，复合催化剂在使用8次后对废水中COD的去除率仍在85%以上，明显优于不能回收利用的商品P25。
　　本研究结果表明，光催化处理胶印油墨废水的方法切实可行，为胶印油墨废水的工业化处理提供了依据。

目录

1 前言

1.1 引言

1.2 印刷油墨废水的来源与特性

1.3 胶印油墨废水处理的国内外研究进展

1.4 二氧化钛研究进展

1.5 气凝胶概况

1.6 课题研究内容、意义及创新点

2 SiO2/TiO2复合气凝胶的制备及表征

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 SiO2-TiO2复合气凝胶的干燥

2.4 制备的复合气凝胶的样品表征

2.5 不同硅含量对复合气凝胶物化性能的影响

2.6 不同煅烧温度对复合气凝胶的影响

2.7 本章小结

3 SiO2/TiO2复合气凝胶处理胶印油墨废水的研究

3.1 引言

3.2 二氧化钛自身性质对光催化效率的影响

3.3 胶印油墨废水的检测

3.4 实验部分

3.5 结果和讨论

3.6 SiO2/TiO2复合光催化剂的重复使用率研究

3.7 本章小结

4 结论与展望

4.1 结论

4.2 展望

致谢

参考文献

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