不锈钢纤维毡负载纳米TiO2光催化剂的制备及染料降解性能研究

摘要

国家对纺织染整行业废水的排放标准日趋严格，这迫使纺织染整行业不得不开始关注废水的处理及回用。据国内外研究发现，TiO2可光催化降解大多有机物，具有氧化深度强，降解彻底，无二次污染等优势，使其在废水处理中倍受亲睐。但悬浮体系的纳米TiO2存在分离回收困难，无法实现循环使用的缺点，同时印染废水处理环境苛刻，需要载体基质耐高温、耐强酸强碱腐蚀。为此，论文选择一种优质的新型载体——不锈钢纤维毡，实现TiO2高效固定化，并应用于光催化降解印染废水，解决TiO2回收难的问题。论文的具体研究内容如下:
　　第一部分:采用溶胶-凝胶法制备纳米二氧化钛。通过单因素实验和正交实验，优化制备二氧化钛的物料摩尔配比，利用UV-ViS、XRD、TEM、TG、BET等测试方法对所制二氧化钛的结构和性能进行表征和测试分析。采用粉体烧结法和原位生成法，将二氧化钛负载于不锈钢纤维毡上，利用三维视频显微镜、SEM、UV-ViS、XRD等表征方法，确定负载工艺及条件。结果表明:当n钛酸四丁酯∶n无水乙醇∶n盐酸∶n去离子水=1∶20∶0.6∶1.5时，所制二氧化钛呈纳米级锐钛矿型，纯度高，光催化效果最佳。对比两种不同的负载方式，发现粉体烧结法负载的纳米TiO2/不锈钢纤维毡的光催化降解效果好。当纤维毡上负载量为8mg/cm2，在450℃时下，煅烧2小时，所制备的负载型纳米TiO2光催化剂的催化效果最佳。
　　第二部分:以罗丹明B作为模拟染料，研究负载型纳米TiO2/不锈钢纤维毡光催化剂在紫外光下催化降解影响因素，诸如紫外光照强度、染料初始浓度、染液pH值、无机盐含量、双氧水用量、染料种类、重复使用次数。同时研究催化剂对模拟染料罗丹明B的光催化降解动力学。结果表明:紫外光强对负载型光催化剂的光催化效果影响显著，紫外光强越强，负载型光催化剂的光催化效果越好。随着染料初始浓度的增加、染液pH值的增大、体系中无机盐含量的增多，光催化效果呈下降趋势。光催化体系中加入少量的过氧化氢，发现其对光催化效果有明显的协同作用，极大的提高了降解速率。通过对几种不同结构的工业染料光催化降解研究，发现染料的结构对光催化效果有影响，蒽醌型结构染料最难催化降解，铜酞菁结构染料次之，偶氮型结构染料相对容易降解。负载后的纤维毡具有较好的重复使用效果。催化剂对罗丹明B的降解动力学方程符合Langmuir-Hinshelwood模式。
　　第三部分:将负载型纳米TiO2/不锈钢纤维毡光催化剂应用于酸性棕4、直接桃红12B和活性艳蓝KN-R的实际染色废水处理，研究处理后的染色废水直接循环染色的可行性。结果表明:将所制备的负载型纳米TiO2/不锈钢纤维毡光催化剂用于实际染色废水的处理，酸性棕4染色废水处理后可多次重复染色—处理——回用——染色，各批次布样与标样的色差小于1;直接桃红12B染色废水第一次处理后可回用染色，之后染色布样的K/S值减小，色差逐渐增大;活性艳蓝KN-R染色废水处理后完全不能回用染色，各批次布样与标样的色差都大于2。
　　研究表明:采用不锈钢纤维毡载体基质，通过粉体烧结法最终制备了一种耐高温、耐腐蚀、可循环使用的负载型纳米TiO2/不锈钢纤维毡光催化剂，能实现部分染色废水的循环使用，降低废水排放，提高经济效益。

目录

声明

摘要

第一章 前言

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．2 TiO2光催化氧化的影响因素

1．2．3 纳米TiO2的制备方法

1．2．4 纳米TiO2的负载方法

1．2．5 纳米TiO2的载体

1．3 本文的研究内容及创新点

1．3．1 本文的研宄内容

1．3．2 本文的创新点

第二章 纳米TiO2／不锈钢纤维毡负载型光催化剂的制备

2．1 实验部分

2．1．1 实验材料、试剂和仪器

2．1．2 实验方法

2．2 结果与讨论

2．2．1 粉体纳米TiO2的制备及表征

2．2．2 纳米TiO2在不锈钢纤维毡上的负载研究

2．2．3 纳米TiO2／不锈钢纤维毡光催化剂能谱分析

2．3 本章小结

第三章 纳米TiO2／不锈钢纤维毡负载型光催化剂的染料降解性能研究

3．1 实验部分

3．1．1 实验材料、试剂和仪器

3．1．2 实验方法

3．2 结果与讨论

3．2．1 纳米TiO2／不锈钢纤维毡光催化剂的染料降解影响因素研究

3．2．2 纳米TiO2／不锈钢纤维毡光催化剂对罗丹明B的降解动力学研究

3．3 本章小结

第四章 实际染色废水光催化处理后回用染色的可行性研究

4．1 实验部分

4．1．1 实验材料、试剂和仪器

4．1．2 实验方法

4．2 结果与讨论

4．2．1 酸性棕4染色废水光催化处理后回用染色的研究

4．2．2 直接桃红12B染色废水光催化处理后回用染色的研究

4．2．3 活性艳蓝KN-R染色废水光催化处理后回用染色的研究

4．3 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文