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超声催化二氧化钛降解偶氮染料—甲基橙的研究

程欣  
【摘要】: 中国是染料生产大国,据统计,2002年中国染料行业的产量达到41.2万吨,同比增长31.1%,占世界染料产量的46%左右,居世界第一位。随着染料的品种和数量日益增加,染料生产废水已成为水环境的重点污染源之一。染料废水具有有机物浓度高、色度高、无机盐含量高、成份复杂、可生化性差、脱色困难等特点,难以采用常规方法进行治理,且含有多种具有生物毒性或导致“三致”(致癌、致畸、致突变)性能的有机物,一直是工业污水处理中的难点,也是当前国内外水污染控制领域急需解决的一大难题。 超声技术作为一种新型的氧化方法,能提高难降解有机物的降解率和增强水处理中的生物活性,在废水处理中已经发挥了一定的作用并具有广阔的发展前景。光催化氧化降解水体中有机污染物也是近年来兴起的一项急剧发展前景的新型水处理技术,能有效的降解废水中的难降解有机物。但因其对光源要求较高等原因限制了它的使用。本文介绍一种新的方法,用超声代替紫外光,通过实验,研究了超声催化TiO_2对偶氮染料代表甲基橙降解情况,探讨了降解机理,并指出今后须解决的问题和发展方向。 本文对超声催化TiO_2降解甲基橙的情况进行了初步的探讨,研究了超声辐射时间、TiO_2的加入量、超声波频率、超声波输出功率、反应体系的初始pH值等因素对超声催化TiO_2降解的影响。具体包括以下内容: (1)设计加工了反应处理槽,并用XRD、TEM表征了TiO_2颗粒的晶型、粒径和表面形态情况; (2)探讨了在其它因素保持不变的情况下,降解效果随作用时间的变化关系,结果显示,随着超声时间的延长,体系中甲基橙的降解率都在持续增大; (3)对降解过程进行化学反应动力学分析,证明此反应属于一级反应并求出其反应速率常数; (4)探讨了在其它因素保持不变的情况下,催化剂TiO_2加入量对降解效果的影响,发现随着催化剂量的增加降解率也在不断增加,但是当TiO_2的加入量是750mg/L时,降解率基本趋于平缓; (5)探讨了其它因素一定时,超声频率对降解率的影响,结果表明不同频率的超声波对TiO_2催化降解甲基橙溶液有一定的影响,但是影响基本不大,选用频率为25 kHz的超声辐射效果略好于其它三种; (6)在其它因素一定的情况下,研究了超声功率对降解效果的影响,结果表明随着超声功率的增加,体系的降解率均明显提高,但是功率也不能无限制的提高,实验结果表明功率为55w系统的降解效果最好; (7)探讨了其它因素一定时,降解率与溶液酸碱度的变化的关系,实验结果表明,甲基橙在酸性条件下去除率较快,在pH值为1.0左右最佳; (8)在其它因素一定的情况下,分别采用单、双频对甲基橙进行降解分析,结果显示双频作用效果明显优于单频效果; (9)分别用染色法和水听器法对空化场进行分析,并取得了对空化场强弱分布一致的结果。


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