纳米技术在污水处理中的实验研究

摘要

纳米光催化氧化作为水处理的一种高级氧化技术具有处理效率高、工艺设备简单、操作条件易控制、非选择性地降解有机污染物、无二次污染等突出优点，为有机废水的工业化处理提供了新思路和新途径，在有机废水治理方面有着广泛的应用前景。本课题为上海市科委纳米专项项目(0223nm074)；上海市教委自然科学项目(03AK62)。 本课题选用聚丙烯多面球为载体，以偶联剂法制备负载TiO2聚丙烯多面球作为光催化剂，对具有代表性的模拟印染有机废水和实际生活污水进行了光催化氧化实验研究，较为系统的研究了光催化氧化技术的工艺条件、反应动力学。实验主要内容包括： (1)选择合适的偶联剂并确定TiO2用量，结果表明，钛酸酯偶联剂用有机溶剂乙醇1：1稀释后负载效果较好，TiO2最佳投加量为2.5％～5％。 (2)以偶联剂法制备负载TiO2聚丙烯多面球，通过降解实验考察小球的光催化活性。在连续处理7次以后，负载TiO2光催化剂对30mg/L酸性红B溶液的降解脱色率依然保持在95％以上。 (3)以负载TiO2聚丙烯多面球为光催化剂，实验选择酸性红B染料模拟有机废水为处理对象，分析了溶液初始浓度、曝气强度、pH值、H2O2投加量、Fe3+投加量、自由基清除剂乙醇、光照强度、多面球直径等因素对光催化氧化反应的影响规律。 (4)在光催化氧化处理实际生活污水的研究中，进一步分析了初始浓度、pH值、H2O2投加量、光照强度对CODCr去除效果的影响，为光催化技术的实用化提供了一些借鉴和参考。 (5)对光催化氧化酸性红B溶液的反应动力学进行了实验研究，结果表明，负载TiO2聚丙烯多面球光催化氧化酸性红B溶液的反应表现为一级反应，反应速率遵从多相催化动力学方程——Langmuir-Hinshelwood方程，反应速率常数k和吸附平衡常数KA为：k=1.81mg·L-1·min-1，KA=1.23×10-2mg-1·L。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1纳米技术和纳米TiO2光催化氧化技术

1.2纳米TiO2光催化氧化机理

1.3提高纳米TiO2光催化活性的途径

1.3.1改变TiO2晶体结构

1.3.2减小TiO2粒径

1.3.3催化剂的表面修饰

1.3.4改变体系反应条件

1.4纳米TiO2固定化技术

1.4.1纳米TiO2固定化载体选择

1.4.2纳米TiO2固定化技术

1.5光催化反应器的研究

1.6光催化氧化技术在废水处理中的应用

1.6.1有机废水的处理

1.6.2无机废水的处理

1.7光催化氧化技术存在的问题

1.8选题的目的、意义和研究内容

第二章光催化剂固定化实验研究

2.1实验部分

2.1.1实验装置

2.1.2实验仪器与试剂

2.1.3实验方法

2.1.4分析方法

2.2晶相组成和晶型分析

2.3偶联剂法

2.3.1钛酸酯偶联剂

2.3.2所选择载体的主要技术参数

2.3.3负载TiO2聚丙烯多面球的制备

2.3.4偶联剂用量的确定

2.3.5 TiO2催化剂用量的确定

2.3.6光源高度的确定

2.4负载光催化剂活性实验

2.4.1负载光催化剂的活性试验

2.4.2光催化氧化法与直接光解法效果比较

2.4.3悬浮型和负载型脱色率效果比较

2.5本章小结

第三章光催化处理模拟印染废水的研究

3.1实验部分

3.1.1实验仪器与试剂

3.1.2实验方法

3.2结果与讨论

3.2.1溶液初始浓度对降解效果的影响

3.2.2曝气对降解效果的影响

3.2.3 pH值对降解效果的影响

3.2.4 H2O2对降解效果的影响

3.2.5 Fe3+投加量对降解效果的影响

3.2.6自由基清除剂对降解效果的影响

3.2.7光照强度对降解效果的影响

3.2.8多面球直径对降解效果的影响

3.3本章小结

第四章光催化氧化处理实际污水的研究

4.1实验部分

4.1.1实验仪器与试剂

4.1.2实验方法

4.2结果与讨论

4.2.1初始浓度对CODCr去除效果的影响

4.2.2 pH值对CODCr去除效果的影响

4.2.3 H2O2对CODCr去除效果的影响

4.2.4光照强度对CODCr去除效果的影响

4.3本章小结

第五章光催化反应动力学研究

5.1光催化反应动力学模型

5.2实验结果与动力学分析

5.3本章小结

第六章结论和建议

6.1结论

6.2建议

参考文献

附录一图形清单

附录二表格清单

攻读硕士学位期间科研成果

致谢