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二氧化钛光催化氧化腐殖酸的实验研究

徐洁  
【摘要】:本论文以二氧化钛为催化剂,紫外杀菌灯为光源,对水中DBPs的重要先质——腐殖酸进行了光催化氧化实验。实验原水以腐殖酸粉末配制而成。在悬浮态实验中,首先以纯TiO_2为催化剂,探讨了光催化氧化腐殖酸的规律,考察了光催化处理效果的影响因素,同时进行了对比实验。实验结果表明:单纯催化(暗反应)时,腐殖酸没有降解;单纯光照时,腐殖酸在3h的最高去除率为37.71%,TOC值几乎没有降低,而光催化氧化反应3h后,腐殖酸的降解率可达82.28%,TOC去除率为38.29%,且能显著提高腐殖酸的生化降解性。腐殖酸的降解率随光强的增大,温度的升高,溶液初始pH值的减小,空气流量的增大,反应时间的延长而增大。催化剂的最佳投量为2g/L。另外,由于臭氧与光催化氧化的协同作用,臭氧光催化反应的降解效率明显高于光催化反应和臭氧光解。 其次,对TiO_2进行了掺杂Fe~(3+)的改性实验,考察了复合纳米TiO_2催化剂活性的影响因素。结果表明,当掺杂量为0.3%、焙烧温度为400℃时,得到的复合纳米TiO_2光催化活性最好,且保持时间长,反应三小时后,腐殖酸的降解率为87.65%,较纯TiO_2有所提高。复合纳米TiO_2光催化氧化腐殖酸符合表观一级反应动力学规律。 在悬浮态光催化氧化腐殖酸的研究基础上,进一步研究了固定态光催化体系。采用溶胶—凝胶法在石英玻璃管上制备了TiO_2薄膜,解决了TiO_2的固定化问题,实现了催化与分离的一体化。分析了固载方法、提拉速度、水量、乙醇及硝酸、反应温度、热处理温度等制膜影响因素,并对催化膜进行了活性评价。结果表面,所制得的膜具有较好的光催化活性,反应3h腐殖酸降解率为48.33%,在UV/TiO_2/O_3反应方式下,降解率可达85.01%。但和悬浮态反应体系相比,还有一定的差距。


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