可见光催化剂的制备及光膜反应器降解染料废水的研究

摘要

本文以N-甲基咪唑和对氯甲基苯乙烯为反应物合成了离子液体单体1-(4-乙烯基苯基)-3-甲基咪唑氯化物，采用UV光引发接枝的方法，将VBMC接枝在聚苯乙烯(PS)小球表面得到PS-g-PVBMC，然后利用离子液体和杂多酸磷钼酸(POM)之间的离子交换作用，将POM固载到PS小球上，从而制备出了PS-g-PVBMC-POM催化小球。用催化小球在可见光下催化降解AO7染料废水，结果表明:催化小球对AO7染料分子具有显著的降解能力，对0.2 g·L-1的AO7溶液，当降解时间为100 min时降解率(R)能达到100％。基于上述催化小球的光催化膜反应器(PMR)也可以在可见光下在线降解AO7染料废水。
　　通过1H-NMR表征聚合物离子液体的化学结构，证明离子液体成功合成。通过FT-IR和XPS测试表明成功的制备出了PS-g-PVBMC-POM催化小球，并确定了PS-g-PVBMC接枝小球及PS-g-PVBMC-POM的制备条件，而且高的接枝率可以得到高负载率的催化小球。优化了PS-g-PVBMC的反应条件，同时得出反应以甲醇做溶剂，UV照射时间为10 min，30％VBMC，60g·L-1的PS小球条件下，可以得到高负载率的催化小球。
　　通过PS-g-PVBMC-POM催化小球降解AO7的动力学研究发现，AO7降解的动力学符合朗缪尔一级动力学方程。PS-g-PVBMC-POM催化小球具有较高的降解率，当降解时间为100 min时，降解率(R)几乎达到100％，AO7溶液由橙色变为无色。PS-g-PVBMC-POM催化小球在5次重复使用中保持了良好的催化活性。
　　系统地研究了膜反应器的运行过程中染料初始浓度、催化小球浓度、pH值、盐浓度、水力滞留时间以及曝气速度的影响。结果表明，膜反应器在AO7溶液的初始浓度为0.2 g·L-1、pH为1、水力滞留时间为4h、催化小球浓度0.5g·L-1、选用双曝气头，分别以4 L·min-1的曝气速度曝气等运行条件下，膜反应器效果最佳。膜反应器可以长期稳定地运行，具有广阔的应用前景。

目录

声明

摘要

第一章 前言

1．1 光催化降解染料废水的研究进展

1．1．1 染料废水的来源和种类

1．1．2 降解染料废水的方法

1．2 离子液体简介

1．2．1 离子液体的种类

1．2．2 离子液体的合成

1．2．3 离子液体的应用

1．3 杂多酸概述

1．3．1 杂多酸的性质及应用

1．3．2 杂多酸的固载方法

1．4 膜分离技术及其应用

1．4．1 膜分离技术的发展

1．4．2 膜分离技术分类

1．4．3 膜分离技术应用前景

1．5 膜生物反应器(MBR)的应用及发展

1．5．1 MBR工艺特点

1．5．2 MBR技术的问题与不足

1．6 光催化膜反应器(PMR)技术

1．6．1 光催化膜反应器的分类

1．6．2 悬浮式光催化膜反应器

1．6．3 设计光催化膜反应器应注意的问题

1．7 课题设计意义及研究内容

1．7．1 选题意义

1．7．2 研究内容

第二章 聚苯乙烯催化小球的制备

2．1 实验材料

2．1．1 实验试剂及仪器

2．1．2 分析方法

2．2 实验步骤

2．2．1 离子液体单体的制备

2．2．2 离子液体的接枝反应

2．2．3 催化小球PS-g-PVBMC-POM的制备

2．2．4 PS-g-PVBMC-POM小球的静态催化实验

2．3 结果与讨论

2．3．1 离子液体的化学结构

2．3．2 傅立叶变换红外谱图表征

2．3．3 XPS能谱分析

2．3．4 表面形貌分析

2．3．5 接枝条件的优化

2．4 本章小结

第三章 催化小球的静态光催化性能

3．1 实验材料

3．1．1 实验试剂及仪器

3．1．2 分析方法

3．2 实验步骤

3．3 结果与讨论

3．3．1 AO7溶液的UV-Vis吸收全谱

3．3．2 催化小球光降解AO7溶液的动力学研究

3．3．3 催化小球的光催化降解重复性

3．4 本章小结

第四章 膜反应器的设计及影响因素探究

4．1 实验药品及仪器

4．2 实验步骤

4．3 结果与讨论

4．3．1 染料初始浓度的影响

4．3．2 催化剂浓度的影响

4．3．3 pH的影响

4．3．4 无机盐的影响

4．3．5 水力滞留时间(HRT)的影响

4．3．6 溶氧量(DO)的影响

4．3．7 PMR的稳定性

4．4 本章小结

第五章 结论与建议

5．1 全文总结

5．2 下一步建议

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文及承担完成科研情况

致谢