超声场-光催化氧化-无机膜分离集成过程的研究

摘要

论文设计、开发了一种超声场强化光催化.无机膜分离集成反应器.在此集成反应器中,分别以TiO<,2>粉体颗粒、聚丙烯酰胺高分子溶液为分离对象,系统地考察了操作参数与溶液条件等对膜分离性能的影响,并对低浓度甲基橙溶液的光催化氧化降解脱色过程进行了研究,对集成反应器中膜分离与光催化反应的机理进行了初步探讨. 设计、开发的连续式、多功能超声-光催化-膜分离集成反应器集中了超声场、光催化、膜分离技术及反冲的特点,具有中试能力,可使催化剂TiO<,2>的截留率达99.9﹪,对低浓度甲基橙溶液的脱色率提高5-9﹪,解决了光催化效率低、催化剂回收难的问题. 论文以TiO<,2>超细微粉为对象,研究了超声场强化无机膜微滤超细固体颗粒的过程.确定了无机膜微滤TiO<,2>微粉颗粒的优化条件:操作压力0.1-0.15 MPa,错流速度0.8 m·s<'-1>,溶液浓度1.0 g·L<'-1>-1.5 g·L<'-1>,溶液温度298K-303K,pH值2.0-4.0之间,超声功率100W.在此条件下,超声场作用使膜通量提高了5﹪-7﹪.同时,分析了超声场强化无机膜微滤TiO<,2>微粉的机理. 论文以TiO<,2>光催化氧化降解低浓度甲基橙溶液为研究内容,考察了催化剂用量、溶液初始浓度、反应温度、超声功率等因素对光催化氧化降解过程的影响,得到了优化降解条件:pH值为4,反应温度308K,溶液初始浓度15mg.L<'-1>,错流速度1.0m.s<'-1.,催化剂用量1 g·L<'-1>,超声波功率48 W,光强30W,在此优化条件下,超声场可使甲基橙溶液脱色率提高5﹪,TiO<,2>颗粒截留率99.9﹪.同时,论文对超声场强化光催化氧化降解甲基橙溶液的反应机理进行了分析. 以聚丙烯酰胺为代表,研究了超声场强化大分子溶液微滤过程.优化微滤分离条件:操作压力0.10 MPa,错流速度1.0 m·s<'-1>,溶液浓度1.0 m·s<'-1>,溶液温度303K,pH值为11,超声功率100w,超声场可提高膜通量12﹪-15﹪.

目录

文摘

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致谢

第一章文献综述

1.1无机膜分离技术的特点

1.2无机膜的种类

1.3无机膜分离强化方法

1.3.1原料液预处理

1.3.2膜表面改性

1.3.3改善膜表面的流体力学条件

1.3.4膜组件的设计

1.3.5膜清洗

1.4光催化氧化技术

1.4.1光催化氧化机理

1.4.2光催化氧化过程影响因素

1.4.3光催化反应器

1.4.4光催化—膜分离集成反应器研究进展

1.5本课题的来源、研究目的与意义

第二章超声场-光催化氧化-无机膜分离集成系统的开发与设计

2.1超声强化光催化反应-膜分离集成反应器的开发

2.1.1光催化反应器的设计要求

2.1.2超声强化光催化反应-膜分离集成反应器的结构设计

2.1.3超声强化光催化反应-膜分离集成工艺流程简介

2.2超声场强化光催化反应-膜分离集成反应器的特点

2.3集成系统的初步应用性能

本章小结

第三章集成系统中超细微粉微滤过程的研究

3.1实验部分

3.1.1主要药品与仪器设备

3.1.2实验装置与工艺流程

3.1.3分析测试方法

3.1.4 TiO2颗粒特征

3.2结果与讨论

3.2.1操作条件对微滤TiO2颗粒过程的影响

3.2.2悬浆液性质对微滤过程的影响

3.2.3超声功率的影响

本章小结

第四章集成系统中光催化氧化过程的研究

4.1实验部分

4.1.1主要仪器设备与实验药品

4.1.2实验工艺流程

4.1.3分析测试方法

4.2结果与讨论

4.2.1超声强化光催化降解甲基橙的过程

4.2.2超声功率对降解过程的影响

本章小结

第五章集成系统在聚丙烯酰胺溶液分离中的应用

5.1实验部分

5.1.1主要仪器设备与实验仪器

5.1.2实验装置与工艺流程简介

5.1.3分析测试方法

5.1.4实验方法与过程

5.2结果与讨论

5.2.1聚丙烯酰胺的类型对微滤过程的影响

5.2.2分子量大小对微滤过程的影响

5.2.3处理方式对微滤过程的影响

5.2.4操作条件对微滤过程的影响

5.2.5溶液性质对微滤过程的影响

5.2.6超声功率

5.2.7超声强化膜分离机理的分析

本章小结

结论

参考文献

已发表论文与取得的成果