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改性TiO_2的制备及其在油田污水处理中的应用

张亚文  
【摘要】: 采用水热法合成了TiO2以及过渡金属掺杂的纳米TiO2材料。利用TG-DTA、XRD、UV-Vis、N2吸附-脱附和TEM等手段对合成的材料进行表征,结果表明:掺杂后TiO2晶体结构主要为锐钛矿型,掺杂使得晶相所对应的衍射峰峰形宽化,比表面积增大,吸收峰均不同程度的产生了向可见光区红移,产物颗粒均匀。这说明掺杂元素较好地分散在TiO2晶格内部,产物分散性能好,表面含有大量羟基,带隙能降低,提高TiO2光催化活性。研究了不同热处理温度、不同掺杂量对TiO2相变和光催化性能的影响,确定了最佳的热处理温度和掺杂量。 以含HPAM油田污水为降解目标物,确定TiO2及过渡金属掺杂的TiO2的制备条件,最佳反应条件为:水热反应的温度为140℃;水热反应时间为48小时;热处理温度为350℃;掺杂Fe,Ni,Cu,Zn的TiO2光催化降解油田污水,最佳掺杂量分别为3%,5%,3%,2%。 在实验室反应条件下,考察过渡金属掺杂TiO2光催化降解油田污水中油、HPAM、COD的影响因素。结果表明:在投加量为1g/L,pH值在3~4范围内,反应时间为40min时,含油废水中油、HPAM和COD的去除率分别为93.8%、92.7%和62.9%,说明改性TiO2具有较高的光催化降解水中油、HPAM和COD的活性,用来处理三元复合驱含油污水时,可达到相当好的去除油、HPAM和COD的效果。 另外,本论文将改性TiO2和PFS絮凝技术联合起来处理油田污水,并对油田污水的降解工艺进行了优化。得出最佳降解工艺参数为:PFS和TiO2摩尔比为1:0.1,投加量为0.8g/L,pH值在7.0~9.0之间,反应时间为40min。此时油田污水中油的去除率达到94.1%,悬浮物的去除率达到96.4%,处理后的油田污水达到了油田污水回注标准。


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