介质阻挡放电等离子体协同载钛活性炭纤维去除水中敌草隆和阿特拉津

摘要

介质阻挡放电等离子体是高级氧化技术的一种，其产生的紫外光、活性物质可将有机污染物降解成二氧化碳和水，具有广阔的应用前景。载钛活性炭纤维(TiO2/AC F)是一种光催化吸附材料，其比表面积大、化学稳定性好，具有良好的催化和吸附性能。本论文通过研究介质阻挡放电等离子体协同载钛活性炭纤维去除水中敌草隆和阿特拉津，探讨协同降解机理。　　首先，采用TiO2/ACF吸附水中敌草隆和阿特拉津。结果表明，TiO2/ACF的吸附行为符合假二级动力学模型和Langmuir等温模型，且吸附行为是自发的吸热反应。　　其次，采用介质阻挡放电等离子体去除水中敌草隆和阿特拉津。结果表明，在一定范围内，敌草隆和阿特拉津的降解率随着输入功率的增大而增大，随着气体流量的增大而增大，随着溶液初始浓度的增大而降低，随着初始pH的增大而增大;活性物质·OH、·O、·H、H2O2和O3对敌草隆和阿特拉津的去除起着重要作用;敌草隆和阿特拉津的急性毒性先增大后减小;溶液中的pH、TOC也逐渐降低;采用液相质谱飞行时间技术分析得出敌草隆和阿特拉津的降解产物和途径，其中敌草隆的降解途径为烷基氧化和脱氯羟化反应，阿特拉津的降解途径为脱甲基氧化、烷基氧化、脱氯羟化以及烷基氧化与脱氯羟化同时进行的反应。　　最后，采用介质阻挡放电放电等离子体协同TiO2/ACF去除敌草隆和阿特拉津。结果表明，输入功率为50W、初始浓度越小、空气流量越大时敌草隆和阿特拉津的协同降解率越大;敌草隆和阿特拉津的急性毒性先增大后减小;协同降解过程中，pH值降低，TOC的降解率有所提高。实验显示，协同降解体系下敌草隆和阿特拉津的降解率高于单独放电体系下。采用液相质谱飞行时间技术分析得出敌草隆和阿特拉津的协同降解产物和途径，其降解程度高于单独放电的，其中敌草隆协同降解的途径为脱甲基、脱氨基、甲基氧化、脱甲基羟化、脱醛基羟化、醛基氧化、脱甲基+羟化、脱氯羟化和脱氯羟化+甲基氧化反应，阿特拉津协同降解的途径为脱氯、脱氯羟化、烷基氧化、脱烷基、甲基氧化、甲基羟化、脱氯羟化+脱甲基及脱甲基+烷基氧化反应。通过对协同降解前后载钛活性炭纤维的傅里叶红外光谱扫描(FT-IR)、X射线衍射光谱(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)以及扫描电镜(SEM)的表征，发现实验制备的TiO2/ACF结构稳定，协同降解前后变化不大。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 水环境中敌草隆和阿特拉津的污染现状

1．1．2 水体中敌草隆和阿特拉津处理技术研究现状

1．2 高压放电等离子体技术研究进展

1．2．1 介质阻挡放电

1．2．2 辉光放电

1．2．3 滑动电弧放电

1．2．4 电晕放电

1．3 载钛活性炭纤维技术研究进展

1．3．1 偶联法

1．3．2 粉体烧结法

1．3．3 液相沉积法

1．3．4 离子交换法

1．3．5 溶胶凝胶法

1．4 载钛活性炭纤维技术在环境污染治理领域的研究

1．5 研究目的与内容

1．5．1 研究目的

1．5．2 研究内容

第二章 载钛活性炭纤维对敌草隆、阿特拉津的吸附特性

2．1 引言

2．2 材料与仪器

2．2．1 实验材料

2．2．2 实验仪器

2．3 分析测试方法

2．3．1 吸收波长

2．3．2 标准曲线与浓度的测定

2．3．3 吸附量的计算

2．3．4 吸附动力学研究

2．3．5 吸附等温线测定

2．4 结果与讨论

2．4．1 吸附动力学

2．4．2 吸附等温线

2．4．3 吸附热力学

2．5 本章小结

第三章 介质阻挡放电等离子体去除水中敌草隆和阿特拉津

3．1 引言

3．2 材料与仪器

3．2．1 实验材料

3．2．2 实验仪器

3．2．3 实验工艺流程图

3．2．4 介质阻挡放电反应器

3．3 分析测试方法

3．3．1 吸收波长

3．3．2 标准曲线与浓度的测定

3．3．3 实验操作步骤的制定

3．3．4 降解过程中溶液pH值变化的测定

3．3．5 降解过程中总有机碳(TOC)变化的测定

3．3．6 降解过程中离子浓度变化的测定

3．3．7 降解过程中双氧水浓度的测定

3．3．8 降解过程中臭氧浓度的测定

3．3．9 降解过程中毒性变化的检测

3．3．10 降解产物的LC-TOF-MS测定

3．4 实验结果与讨论

3．4．1 测定时间对敌草隆和阿特拉津降解率的影响

3．4．2 输入功率对敌草隆和阿特拉津降解率的影响

3．4．3 空气流量对敌草隆和阿特拉津降解率的影响

3．4．4 初始浓度对敌草隆和阿特拉津降解率的影响

3．4．5 初始pH对敌草隆和阿特拉津降解率的影响

3．5 敌草隆和阿特拉津降解机理的初步分析

3．5．1 降解过程中TOC降解率的变化分析

3．5．2 降解过程中离子浓度的变化分析

3．5．3 降解过程中pH的变化分析

3．5．4 降解过程中毒性的变化分析

3．5．5 自由基清除剂对敌草隆和阿特拉津降解率的影响

3．5．6 降解过程中过氧化氢和臭氧的作用

3．5．7 敌草隆和阿特拉津的中间产物及降解途径

3．6 本章小结

第四章 介质阻挡放电等离子体与载钛活性炭纤维协同降解敌草隆和阿特拉津

4．1 引言

4．2 实验材料与方法

4．2．1 实验材料

4．2．2 实验仪器

4．3 分析测试方法

4．3．1 吸收波长

4．3．2 标准曲线与浓度的测定

4．3．3 实验步骤

4．3．4 初始pH对TiO2／ACF吸附作用的影响实验步骤

4．3．5 降解过程中溶液pH值变化的测定

4．3．6 降解过程中TOC变化的测定

4．3．7 降解过程中离子浓度变化的测定

4．3．8 降解过程中毒性变化的检测

4．3．9 TiO2／ACF的傅里叶红外光谱扫描

4．3．10 TiO2／ACF的X射线衍射表征

4．3．11 TiO2／ACF的X射线光电子能谱表征

4．3．12 TiO2／ACF的扫描电镜表征

4．3．13 降解产物的LC-TOF-MS测定

4．4 结果与讨论

4．4．1 初始pH对TiO2／ACF吸附作用的影响

4．4．2 协同降解作用

4．4．3 TiO2／ACF投加量对协同作用降解率的影响

4．4．4 输入功率对协同作用降解率的影响

4．4．5 空气流量对协同作用降解率的影响

4．4．6 初始浓度对协同作用降解率的影响

4．4．7 初始pH对协同作用降解率的影响

4．5 协同降解过程及降解机理的初步分析

4．5．1 协同降解过程中TOC降解率的变化分析

4．5．2 协同降解过程中离子浓度的变化分析

4．5．3 协同降解过程中pH的变化分析

4．5．4 协同降解过程中毒性的变化分析

4．5．5 TiO2／ACF的傅里叶红外光谱(FT-IR)分析

4．5．6 TiO2／ACF的X射线衍射(XRD)分析

4．5．7 TiO2／ACF的X射线光电子能谱(XPS)分析

4．5．8 TiO2／ACF的扫描电镜(SEM)分析

4．5．9 TiO2／ACF的重复使用性能

4．5．10 敌草隆和阿特拉津的中间产物及协同降解途径

4．6 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 存在的问题与展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况