微球型TiO2的超声制备、表征及光催化降解内分泌干扰素双酚A的研究

摘要

内分泌干扰物，又称环境激素，主要是指可通过影响生物体和人类体内自身天然激素的合成、分泌、代谢等，从而破坏生物体和人类正常的代谢、分泌和生殖等功能的外源性化学物质。　　 双酚A作为一种重要的有机化工原料，是一种普遍存在于环境中的内分泌干扰物，对生物体和人类有着极大的危害。而TiO2作为一种半导体光催化材料，因其安全、反应速率快、氧化彻底、能耗低、无二次污染等优点，而被广泛应用于内分泌干扰物的处理。　　 本工作重点从现有TiO2，如商业P25在应用中难回收或光催化降解效率低的角度出发，利用超声辅助-水热法制备TiO2微球和吸附-加热法掺杂稀土元素Gd 制备Gd-TiO2微球，并以苯酚为模型有机物，评价光催化活性；测定吸附能力；并对活性较高的TiO2微球和Gd-TiO2微球进行了以P25为对比的实际光催化活性评价，利用XRD，BET，SEM和FT-IR 进行表征；最后用所获得的TiO2微球作和Gd-TiO2微球为光催化剂，在课题组研发的新型光源内置气-液-固循环流化床浆态光催化反应器中，开展了对内分泌干扰素——双酚A的降解研究，探讨建立起能用于实际含双酚A 废水的处理技术与工艺模型。　　 本课题研究结论如下：　　 1、对制备过程中影响TiO2微球光催化活性的因素，如乙醇溶液中水的浓度、n(H2O)/ n(Ti)，n(Ti)/n(P123)、超声时间和煅烧温度进行了比较研究，其优化结果分别为：乙醇溶液中水的浓度约为10％ (V/V)，n(H2O)/ n(Ti)≈5，n(Ti)/n(P123) ≈46，超声分散时间为90min，水热定型处理后煅烧温度为400℃；在此基础上通过吸附-加热法掺杂稀土元素Gd，并考察了材料的煅烧温度、Gd的掺杂方式和掺杂量n(Gd)/ n(Ti)对其光催化活性的影响，得到最优制备条件为：材料为未煅烧的TiO2微球、n(Gd)/ n(Ti)=1.5％、煅烧温度600℃。　　 2、TiO2微球和Gd-TiO2微球的实际光催化效率比P25分别高3.5和6.5倍；两者的吸附性能基本相同；而形貌均为微米和纳米级尺度组成的多级结构界面的微球；BET表征显示掺杂后的Gd-TiO2微球与TiO2微球的比表面积均在185 m2/g；两者晶型主要是以锐钛型为主，其比例分别为73％和85％；掺杂后的Gd-TiO2微球比TiO2微球FT-IR 峰型多了O-H 键和表面羟基。　　 3、TiO2微球对内分泌干扰物—双酚A的单因素降解研究结果显示：当催化剂浓度为4 g/L、表观气速Ug=8.34×10-3 m/s、表观液速Ul=8.34×10-3 m/s、处理量1800ml、双酚A 初始浓度为10mg/L时，降解率高达94％；通过响应曲面法优化后的降解模型方程为：y=94.44+5.70x1-0.084x2-0.18x3-2.48x1x2+2.64x1x3-13.64x12-2.42x22-3.99x32进一步优化得到最佳降解工艺为：催化剂用量Cs=4.5 g/L、表观气速Ug=7.83×10-3 m/s、表观液速Ul=8.62×10-3 m/s，在此条件下TiO2微球对双酚A的降解率达到95.1％，而同等条件下Gd‐TiO2微球降解双酚A的降解率高达99％。　　 4、Gd‐TiO2微球降解双酚A的重复利用实验显示：重复使用三次后催化剂的降解效率变化不大，大致在5％左右，因此该材料具有重复利用性好，在实际应用中有较大的应用前景。　　 因此介孔TiO2微球和Gd-TiO2微球作为光催化剂具有沉降性能好、光催化活性高的优点，在气-液-固循环浆态光催化反应器中处理内分泌干扰物双酚A 有着较好的应用前景。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

第二章超声水热法制备TiO2微球及其改性、性能与表征

第三章TiO2微球和Gd-TiO2微球光催化降解双酚A的研究

第四章结论

致谢

参考文献

附件个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果