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纳米二氧化钛光催化氧化含CN~-废水的研究

郑道敏  
【摘要】: 含CN-废水是一种危害十分严重而又普遍存在的工业废水,因其剧毒的特性,在处理中需采取非常特殊的方法。本文从含CN-废水的来源、危害、处理现状以及常见的几种处理方法的分析,提出纳米TiO2光催化氧化降解废水中CN-的新方法,该法采用纳米TiO2作为光敏催化剂,以空气中的氧气为氧化剂,研究了主要因素对反应的影响,研究了其反应行为特征,分析了动力学过程,获得了动力学方程。 本文介绍了引导新技术革命的纳米材料、纳米技术及其解决工业产生的污染物的应用前景;纳米TiO2的制备方法,包括物理法和化学法,物理法又称为机械粉碎法,化学法又可分为气相法(CVD)、液相法和固相法;纳米TiO2光催化氧化半导体能带理论机理和在有机废水处理中的应用。 本文以NaCN水溶液光催化氧化分解作为模型反应,探讨了纳米TiO2对CN-降解率的影响因素,实验结果表明: 溶液PH值在6.5以下降解率很高,随着酸度增加,HCN逸出增加,酸性越强逸出越多,降解率高并非完全由TiO2光解所致。在碱性条件,CN-溶液稳定,HCN几乎不逸出。 纳米TiO2用量很低时,纳米TiO2 降解CN-表现出高活性,CN-降解率增加,随TiO2用量增加对,体系固体颗粒浓度增加,其光遮蔽性和散射性增强,进入反应场所的有效光量降低,CN-降解率达到平衡状态。 相同的催化剂用量时,CN-溶液的降解率随时间的变化呈现先快后慢的趋势。 在相同的反应时间内,降解率与CN-初始浓度成反比,即降解率随初浓度的增加而下降。 在一定条件下,CN-降解率与光照强度和光照射面积成正比,呈线性关系,由此可见,CN-降解反应主要发生在溶液的表面,氧自由基的生成是CN-降解反应的控制步骤。 纳米TiO2催化光氧化实际生产废水中的CN-结果与反应模型结果几乎一致。 纳米TiO2催化光氧化水溶液中CN-的反应级数为0.5级,反应速度常数k=1.0175×10-2(mmol/l)1/2·(min)-1。用所获得的动力学方程预测和分析的结果与实验结果十分吻合。 纳米TiO2光催化降解CN-的研究未见报道,本方法具有一定的创新性,所做的基础实验工作很有价值,在优化的条件下,纳米TiO2光催化降解CN-的降解率较高,具有潜在的开发和应用价值。


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