负载型光催化剂的制备及在污水深度处理中的应用

【摘要】：本试验以钛酸四异丙酯为原料自制TiO_2溶胶-凝胶(Sol-Gel)溶液,考察溶液的存储稳定性,并进行TG—DTA分析。采用浸渍-提拉(dip-coating)法以普通玻璃管为载体制备负载型光催化剂,通过SEM、AFM和XRD对薄膜特性进行表征。以酸性橙溶液为降解对象,考察催化剂的光催化性能;并以实际污水处理厂二级生物处理出水为目标物,进行光催化深度处理试验。所得出的结论如下: 1.自制的TiO_2溶胶-凝胶(Sol—Gel)溶液稳定性能良好。 2.制备的TiO_2薄膜透明、无裂痕、无剥落物。薄膜中的TiO_2颗粒大小较均匀;经500℃烧结1h后,TiO_2颗粒以锐钛矿相为主。 3.A系列TiO_2薄膜催化剂降解酸性橙效果较好。随着负载次数的增加,其对酸性橙的光催化活性增加不大。光源强度和pH值对其光催化降解效率有一定的影响。 4.在紫外灯照射下,A系列TiO_2薄膜光催化剂对污水处理厂生物处理单元出水进行回用处理时,其出水各项指标均符合再生水回用于景观水体的水质标准。水力停留时间对负载型光催化氧化处理装置的处理效果有一定的影响。进水的溶解氧含量对负载型光催化氧化处理装置处理效果的影响不明显。 【关键词】：负载型光催化剂 TiO_2薄膜 光催化氧化 深度处理
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：X703
【目录】：

• 第一章 绪论10-22
• 1.1 背景10-11
• 1.2 TiO_2薄膜的负载方法11-15
• 1.2.1 化学气相沉积法(CVD)11-12
• 1.2.2 溶胶—凝胶法(Sol—Gel)12-13
• 1.2.3 液相沉积法(LPD)13
• 1.2.4 物理气相沉积法(PVD)13-14
• 1.2.5 电化学制备法14-15
• 1.3 负载型TiO_2薄膜的表征分析15-16
• 1.3.1 催化剂的物理结构15
• 1.3.2 催化剂的化学结构15
• 1.3.3 催化剂的表征方法15-16
• 1.4 光催化氧化技术在污水处理中的应用16-18
• 1.4.1 染料废水16
• 1.4.2 农药废水16-17
• 1.4.3 医药废水17
• 1.4.4 油污废水17
• 1.4.5 氯化物17-18
• 1.4.6 表面活性剂18
• 1.5 污水的深度处理18-21
• 1.5.1 污水资源化18-19
• 1.5.2 常用的污水深度处理方法19-20
• 1.5.2.1 传统处理方法19
• 1.5.2.2 尘物过滤19
• 1.5.2.3 活性炭吸附19-20
• 1.5.2.4 臭氧氧化20
• 1.5.2.5 膜分离技术20
• 1.5.3 TiO_2光催化氧化在水深度处理中的应用20-21
• 1.6 本课题研究的目的和内容21-22
• 1.6.1 研究目的21
• 1.6.2 研究内容21-22
• 1.6.2.1 TiO_2薄膜光催化剂的制备21
• 1.6.2.2 TiO_2薄膜催化剂的表征分析21
• 1.6.2.3 光催化降解试验21-22
• 第二章 试验部分22-34
• 2.1 试验材料与设备22-23
• 2.1.1 试验药品22
• 2.1.2 试验仪器与设备22-23
• 2.2 试验装置23-27
• 2.2.1 催化剂制备装置23-24
• 2.2.2 间歇式光催化反应装置24-25
• 2.2.3 石英砂过滤装置25-26
• 2.2.4 连续式光催化反应装置26-27
• 2.3 试验方法27-28
• 2.3.1 TiO_2溶胶—凝胶溶液的制备27
• 2.3.2 玻璃载体的清洗27
• 2.3.3 TiO_2薄膜光催化剂的制备27-28
• 2.3.3.1 A系列催化剂的制备27-28
• 2.3.3.2 B系列催化剂的制备28
• 2.3.4 负载型TiO_2薄膜光催化降解酸性橙的试验研究28
• 2.3.5 光催化降解实际废水的试验研究28
• 2.3.5.1 间歇式光催化反应28
• 2.3.5.2 连续式光催化反应28
• 2.4 分析方法28-34
• 2.4.1 TiO_溶胶—凝胶(Sol-Gel)的稳定性测试28-29
• 2.4.2 TiO_2干凝胶的TG—DTA分析29
• 2.4.3 TiO_2薄膜SEM分析29
• 2.4.4 TiO_2薄膜的AFM分析29
• 2.4.5 TiO_2薄膜的XRD分析29
• 2.4.6 TiO_2薄膜负载量的测定29-32
• 2.4.6.1 TiO_2浓度与吸光度关系标准曲线的测定30
• 2.4.6.2 负载型TiO_2薄膜光催化剂负载量的测试30-31
• 2.4.6.3 TiO_2与浓硫酸反应时间的确定31-32
• 2.4.7 酸性橙溶液浓度的测定32
• 2.4.8 水样的GC-MS分析32-33
• 2.4.1 水样的预处理32
• 2.4.2 GC-MS仪分析条件32-33
• 2.4.9 其他测试项目33-34
• 第三章 薄膜催化剂的表征分析34-56
• 3.1 TiO_2溶胶-凝胶的稳定性34
• 3.2 TiO_2干凝胶的热重—差热过程34-35
• 3.3 负载型TiO_2薄膜的光催化性能评价35-46
• 3.3.1 A系列催化剂的光催化性能35-41
• 3.3.2 B系列催化剂的光催化性能评价41-46
• 3.4 A系列薄膜催化剂负载量的测定46-47
• 3.5 A系列催化剂的SEM分析47-48
• 3.6 A系列催化剂的AFM分析48-53
• 3.7 TiO_2薄膜的晶相分析53-54
• 3.8 小结54-56
• 第四章 TiO_2薄膜光催化剂降解酸性橙溶液的研究56-68
• 4.1 酸性橙不同初始浓度的影响56-59
• 4.2 溶解氧含量的影响59-62
• 4.3 紫外灯强度的影响62-64
• 4.4 初始pH值的影响64-65
• 4.5 光解反应与光催化降解反应的比较65-66
• 4.6 小结66-68
• 第五章 光催化在深度处理工艺中的应用68-76
• 5.1 预处理68-69
• 5.1.1 石英砂滤柱的装填68
• 5.1.2 过滤速率的确定68-69
• 5.2 间歇式光催化氧化试验69-70
• 5.2.1 光催化降解与光解反应的比较69
• 5.2.2 溶解氧含量对光催化降解效果的影响69-70
• 5.3 连续式光催化反应试验70-73
• 5.3.1 污水回用处理目标72
• 5.3.2 停留时间对处理效果的影响72-73
• 5.3.3 曝气量对光催化效果的影响73
• 5.4 连续式光催化反应最终出水水质测定73-74
• 5.5 小结74-76
• 第六章 光催化氧化降解污水有机物性能研究76-81
• 6.1 水样的预处理76
• 6.2 光催化氧化降解污水有机物试验研究76-80
• 6.2.1 优先污染物76-77
• 6.2.2 GC-MS测试结果分析77-80
• 6.3 小结80-81
• 第七章 结论和建议81-83
• 7.1 结论81-82
• 7.2 建议82-83
• 参考文献83-89
• 附录1 污水处理厂生物处理单元出水GC-MS谱图89-90
• 附录2 光催化氧化处理出水GC-MS谱图90-91
• 附录391-92
• 附录4 污水处理厂生物处理单元出水GC-MS分析报告92-93
• 附录5 光催化氧化处理出水GC-MS分析报告93-94
• 致谢94-95
• 作者简介及在攻读学位期间发表的学术论文、科研工作95

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