负载型TiO2光催化剂的制备及其处理印染废水的试验研究

摘要

纺织工业产生的印染废水含有大量难降解的有机污染物，二氧化钛（TiO2）光催化技术以其超强的氧化能力被广泛应用到印染废水处理方面。然而粉体 TiO2在使用后，面临着分离回收、催化剂效率下降和流失等问题。研究发现，将TiO2负载于平板碱石灰玻璃表面，能够解决分离回收的问题，并抑制催化剂在回收过程中的流失，同时避免了颗粒阻挡光线影响辐照深度的问题。
　　本研究采用溶胶凝胶-浸渍提拉法，以碱石灰平板玻璃为基质，在不同工况下制备了负载型 TiO2光催化剂，考察了其制备的最优工况，表面微观特征，降解次甲基蓝（MB）溶液的效能及催化剂的失活再生，具体研究内容如下：
　　1、在不同的提拉速度、涂膜次数、煅烧温度和煅烧时间下制备负载型 TiO2光催化剂。利用二阶多项式模型，以MB溶液的紫外光降解效率为因变量，提拉速度、涂膜次数、煅烧温度、煅烧时间和光催化时间为自变量，确定负载型TiO2光催化剂降解MB溶液的响应曲面方程。在不同的光催化时间下，MB溶液在紫外光下的降解效率为79.80％~99.32%，优化出负载型TiO2光催化剂制备的最优工况。
　　2、采用热重-差热分析、扫描电子显微镜、X射线衍射和能谱分析方法表征负载型 TiO2光催化剂。随着煅烧温度升高，薄膜的质量、物质结构逐渐发生变化，500℃时，薄膜中全部为锐钛矿TiO2，晶粒尺寸为10~20nm。在低速提拉和多次涂膜下，获得了表面均匀、团聚现象少的TiO2薄膜，薄膜中O和Ti含量占总元素含量的70%以上。薄膜的表面形态及锐钛矿TiO2含量决定了负载型TiO2光催化剂降解MB溶液的催化效率。
　　3、通过负载型TiO2光催化剂降解MB溶液的试验，在低浓度、酸性或强碱性的MB溶液中，负载型TiO2光催化剂降解MB溶液的速率较快。紫外光辐照强度越大， MB溶液的降解速率越快。溶液中大量的Fe2+、Cu2+、Cl-、SO42-、HCO3-、H2PO4-对负载型 TiO2光催化剂的吸附性能和光催化性能均会产生不利影响。负载型 TiO2光催化剂对孔雀石绿和甲基橙染料的降解效率分别为93.51%和87.62%。
　　4、在负载型TiO2光催化剂降解MB溶液的循环试验中，高浓度的MB溶液或短时间的紫外光照使负载型TiO2光催化剂的催化性能逐渐下降，直至完全失活。对失活后的催化剂进行水中紫外光降解或高温煅烧，会使负载型TiO2光催化剂的催化性能获得再生。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 印染废水概况

1.2 印染废水处理技术现状及存在问题

1.3 光催化氧化技术的原理及研究进展

1.4 TiO2负载工艺及基质类型

1.5 本研究的意义和主要内容

第2章 试验材料与方法

2.1 主要化学试剂及仪器设备

2.2 负载型TiO2光催化剂的制备方法

2.3 负载型TiO2光催化剂的降解试验

2.4 样品的测试与表征

2.5 本章小结

第3章 负载型TiO2光催化剂的制备

3.1 负载型TiO2光催化剂降解印染废水的试验分析

3.2 制备负载型TiO2光催化剂的影响因素分析

3.3 负载型TiO2光催化剂的表征分析

3.4 本章小结

第4章 负载型TiO2光催化剂降解印染废水的研究

4.1 负载型TiO2光催化剂对印染废水的吸附性能及光催化性能

4.2 MB溶液浓度对光催化作用的影响研究

4.3 MB溶液pH对光催化作用的影响研究

4.4 紫外辐照强度对光催化作用的影响研究

4.5 MB溶液中共存物质对光催化作用的影响

4.6 本章小结

第5章 负载型TiO2光催化剂降解印染废水的失活及再生

5.1 负载型TiO2光催化剂的失活

5.2 负载型TiO2催化剂的再生

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢