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溴氨酸废水太阳光催化降解与冷冻处理技术研究

姜远光  
【摘要】: 太阳能和冷能都是极具开发潜力的可再生自然能源。如何在废水处理中有效利用自然能源,在解决环境污染的同时,缓解能源危机,已成为当前的研究热点之一。 多相光催化氧化是一种能够利用太阳能的新型废水处理技术。本论文以扩展TiO_2光催化剂的光响应范围和提高光催化剂的催化活性为出发点,研究TiO_2光催化剂的改性和复合技术,采用溶胶-凝胶两步合成法制备多孔氧化钛,并通过浸渍法复合CdS,制备出具有可见光响应、易于分离的多孔复合CdS/TiO_2催化剂,并通过SEM、XRD等测试对催化剂形貌进行表征。研究表明,CdS的复合增强了催化剂对光谱的响应范围。催化剂的最佳制备条件为:CdS掺杂比例为3%,煅烧温度为700℃,煅烧时间为3h,碱洗时间为20h,多孔复合光催化剂粒径为2~4μm。 然后,以多孔复合CdS/TiO_2为催化剂,在太阳光下对溴氨酸废水进行降解研究,考察了光照方式、溶液初始浓度、催化剂投加量、pH值、无机离子等反应条件对降解效率的影响,并对催化剂失活机制进行探讨,建立了溴氨酸废水太阳光催化降解的动力学模型。试验表明,30mg/L的溴氨酸溶液降解6h,TOC去除率能够达到90%以上,最佳催化剂用量为2g/L,最佳pH值为10。Cl-和SO42-的存在不利于溴氨酸的光催化降解,Na+,Ca2+对溴氨酸降解效果没有明显影响,微量Fe3+对溴氨酸降解有一定的促进作用,而Cu2+的存在会降低催化剂活性。 冷冻分离技术能够利用冷能去除水体污染物,本论文分别在人工和自然条件下对染料废水的冷冻分离进行研究,考察冷冻温度、冷冻时间及废水初始浓度对冷冻分离效果的影响,探讨废水的冷冻分离规律和分层机理。针对实际染料废水含盐量高、有机污染物浓度高的特点,本论文采用冷冻-光催化组合工艺对其进行处理研究。 此外,清洁生产是解决环境污染的重要手段。本论文对溴氨酸Ullmann缩合反应工艺进行改进,采用新型固体酸催化剂,以强酸离子交换树脂-铜粉-乙醇催化体系替代传统的硫酸-铜粉-水体系,实现溴氨酸Ullmann缩合反应,该催化体系减少了因使用硫酸以及中间产物的分离而产生的大量难降解废水,同时实现了资源的循环利用。


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