纳米二氧化钛负载多孔陶瓷去除水中大肠杆菌的研究

摘要

本文主要研究了纳米二氧化钛负载多孔陶瓷过滤器对水中大肠杆菌的去除。应用响应曲面法优化纳米二氧化钛负载多孔陶瓷过滤器的制备过程，优化的主要参数有稻壳粒径、稻壳含量、保温时间和纳米二氧化钛质量分数，以大肠杆菌的对数减少值(LRV)为响应值。最优制备方法为稻壳比例29.03％，稻壳粒径0.28mm，保温时间1.41h，纳米二氧化钛质量分数2.21％。接着，研究了纳米二氧化钛负载前后多孔陶瓷过滤器的抗菌机理，主要是物理截留和化学杀菌相结合，通过表征其结构、晶体类型、元素组成和孔隙度的变化，进一步验证其机理。基于以上实验结果，通过析因设计分析多孔陶瓷过滤器运行过程中的影响因子，主要包括进水菌液浓度、光功率和温度。结果表明进水菌液浓度和光功率对大肠杆菌对数减少值(LRV)有显著影响。多孔陶瓷过滤器在不同进水菌液浓度的处理效果表明，在进水菌液浓度为1-6lg CFU/mL时有良好的去除效果，但是对于超高浓度(7lg CFU/mL)下去除效果下降。本研究为多孔陶瓷过滤器的生产和使用提供了坚实的理论支持，也对发展中国家寻找一种安全、廉价高效的饮用水处理技术有重要影响。

目录

声明

摘要

1．1 饮用水现状

1．2 饮用水处理工艺

1．2．1 传统饮用水处理工艺及问题

1．2．2 低成本饮用水处理技术

1．3．2 多孔陶瓷过滤器研究进展

1．3．3 多孔陶瓷过滤器应用前景

1．4 纳米二氧化钛在饮用水中的应用

1．4．1 纳米二氧化钛光催化技术研究进展

1．4．2 纳米二氧化钛光催化活性的影响因素

1．4．3 纳米二氧化钛的应用

1．4．4 纳米二氧化钛光催化技术的局限性研究

1．5 本课题的研究目的和内容

第2章 材料和方法

2．1 引言

2．2 实验原料及试剂

2．2．1 实验原料

2．2．2 实验试剂及规格

2．3 实验仪器

2．4 实验方法

2．4．1 大肠杆菌的培养和保存

2．4．2 进水的配制

2．4．3 大肠杆菌浓度的测定

2．4．4 纳米二氧化钛悬浊液的配制

2．5．1 纳米二氧化钛负载多孔陶瓷过滤器的制备

2．5．2 纳米二氧化钛负载多孔陶瓷过滤器的评价方法

2．6 表征测试

2．6．1 扫描电子显微镜(SEM)测试和能谱(EDS)测试

2．7 实验装置

2．8 本章小结

第三章 纳米二氧化钛负载多孔陶瓷过滤器的研制

3．1 引言

3．2．1 BOX-Behnken设计

3．2．2 多因子实验设计

3．3 结果分析

3．3．3 稻壳比例和纳米二氧化钛质量分数的交互影响

3．3．4 稻壳粒径和保温时间的交互影响

3．3．5 稻壳粒径和纳米二氧化钛质量分数的交互影响

3．3．6 保温时间和纳米二氧化钛质量分数的交互影响

3．4 误差分析

3．5 最佳制备方法的确定

3．6 多孔陶瓷过滤器的杀菌机理

3．6．1 光催化杀菌

3．6．2 物理截留

3．7 多孔陶瓷过滤器的经济性分析

3．8 本章小结

第四章 多孔陶瓷过滤器运行过程研究

4．1 引言

4．2 析因设计对多孔陶瓷过滤器运行过程的优化分析

4．2．1 析因设计原理

4．2．2 多因子实验设计

4．3 结果分析

4．3．1 主效应分析

4．3．2 交互效应分析

4．4 误差分析

4．5 影响多孔陶瓷过滤器运行的单因子实验研究

4．5．1 光功率的影响

4．5．2 进水菌液浓度的影响

4．6 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 本文的创新点

5．2 主要结论

5．3 存在的问题及下一步研究重点

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢