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TiO_2催化剂改性及冷冻—光催化组合方法处理含溴氨酸废水

刘晓平  
【摘要】: 染料废水污染物浓度高、色度深、水质酸碱度变化大,是难处理工业废水之一。本文在课题组前期试验基础上对TiO_2催化剂改性,制备出多孔耦合CdS/TiO_2催化剂并分别考察了该催化剂对溴氨酸溶液的日光光降解和冷冻法对溴氨酸溶液分离过程中的影响因素。采用冷冻-光催化组合方法对含溴氨酸废水的处理进行了初步研究。 采用溶胶-凝胶法制备多孔氧化钛,并耦合CdS,制备出对可见光有一定响应又易于分离的多孔耦合CdS/TiO_2催化剂。研究表明,煅烧温度为700℃,CdS掺杂比例为3%时,催化剂的降解性能较优。于太阳光下以溴氨酸溶液为底物,考察了光照强度、底物浓度、催化剂用量、pH值、氯化钠含量、降解时间等因素对降解过程的影响。试验表明,光照强度较高时,溶液的降解效果较好;对于30mg/L的溴氨酸溶液,催化剂的最佳用量为2g/L,最佳pH值为12;氯化钠浓度低于1mol/L时,可促进体系的褪色效果,但随着其含量增大,溶液的矿化度有小幅下降;此外,当溴氨酸浓度高于50mg/L时,溶液的降解效果显著降低。 冷冻分离试验表明,溴氨酸有机分子和氯化钠无机盐均能在冰晶形成过程中被排挤出来,从而获得较高纯度冰晶。较低的结冰速率有利于获得较高纯度冰晶;相同冷冻条件下,溶液初始浓度在一定范围内对其分离效果影响不大,但当溶液浓度超过某范围时,分离效果降低;氯化钠的存在影响溴氨酸溶液的冷冻分离,而溴氨酸分子对无机离子的分离无明显影响。 冷冻法通过创造低温环境,使废水中的部分有机物和无机离子转移至母液,从而达到初步分离的目的。该法作为前处理,可大大提高光催化效率。浓度为500mg/L的溴氨酸模拟废水经冷冻后,成冰率为70%时,冰融水的Na+质量浓度、TOC和吸光度分别由209.88mg/L,208.90mg/L和8.12降至19.06mg/L,24.80mg/L和0.638。该冰融水再经光催化降解后,废水的褪色率和TOC去除率为分别为100%和87.04%。对高浓度、高含盐量实际染料废水进行了三级冷冻-光催化降解试验。经三级冷冻后,冰融水的杂质含量显著降低;该冰融水经光催化降解后褪色率和COD去除率可达到92.42%和74.27%。但与此同时,多级冷冻所获冰融水的体积大大减少,三级冰融水仅占原水体积的1/8,因此,必须考虑对各级母液的循环冷冻。


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