磁性负载易分离型TiO_2光催化剂的制备及反应器研制

【摘要】： 纳米二氧化钛因其具有很高的光催化活性、耐酸碱、耐光化学腐蚀、成本低、无毒等特点,成为当前最具有应用潜力的一种光催化剂,尤其处理废水中难降解有机污染物方面具有独特的优越性。本文针对如何提高光催化活性,并使TiO_2颗粒有效固定或分离回收的问题,制备了磁性负载改良型TiO_2光催化剂,并自制了一套光催化反应器,对光催化技术的工程应用具有一定的现实意义。 本文以钛酸丁酯以及三氯化钛为主要原料,采用自蔓延燃烧法、溶胶-凝胶、粉末-溶胶和共沉淀相结合的方法制备出了具有磁性的改良型纳米TiO_2光催化剂,并用X射线衍射、SEM扫描电镜等方法对其微观结构进行表征;选择波长为253.7nm的紫外杀菌灯为光源,以偶氮染料甲基橙为目标污染物,通过对甲基橙的光降解分析,对其光催化性能进行了评价。实验研究结果表明:以尖晶石型晶体结构的Ni-Zn铁氧体晶粒作为磁性载体,以硅溶胶作为第一过渡层,增加以TiCl_3共沉淀法制备的低浓度TiO_2层作为第二隔离层,并采用粉末-溶胶法改良其表面层,制得的催化剂的光催化性能达到90%。 同时基于TiO_2作为光催化剂降解有机污染物已逐渐由实验研究转向实际应用的研究,本文结合当前研究得较多的悬浮型和负载型两种反应器的优点,自行研究设计了一种间歇分批式反应器。它的特点是在处理有机废水的过程中,纳米TiO_2粉体在反应装置中是一种悬浆体系,在处理完后利用较强的磁场,对催化剂有效的进行一次性固液分离,不存在过滤、离心、混凝、絮凝等后处理问题。在保持较好的光催化效果的基础上,实现了循环分批式处理。