光催化去除工业反渗透浓水中重金属类内分泌干扰物

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反渗透技术广泛地应用于水质深度净化工序中,其原理是对溶液施加高于其渗透压的压力,使水分子透过半透膜,而溶液中的其他污染物质得到有效截留,水质达到深度净化。反渗透技术会产生约2535%的浓水,反渗透浓水(Reverse Osmosis Concentrates,ROC)含盐量较高且含有多种新兴污染物,直接排放会对环境和人体健康不利,同时造成水资源的浪费和短缺。内分泌干扰物(Endocrine Disrupting Chemicals,EDCs)是新兴污染物的一种,其在生物体内具有蓄积性,其中重金属类EDCs不能被生物降解,对人类健康影响较大,如何有效去除反渗透浓水中重金属类EDCs、实现反渗透浓水深度净化与回用是现阶段的研究热点和重点。光催化技术工艺简单且易于控制,具有强氧化还原性,能够彻底降解污染物质,被认为是具有良好发展前景的环保新技术,在还原重金属类EDCs方面显示着独特的优势。本论文主要采用光催化技术对反渗透浓水中重金属类EDCs进行吸附、还原,从而达到去除的目的。二氧化钛(TiO2)是目前研究最多和最广泛的催化剂,但TiO2是宽禁带半导体,对可见光的利用率较低,在紫外光的激发下产生光生电子和空穴,二者极易重合,降低了光催化效率。针对此问题,本论文首先制备以氧化石墨烯(GO)为基底的TiO2纳米复合材料,对影响光催化效率的因素如pH、GO在TiO2/GO纳米复合材料中的含量、TiO2/GO纳米复合材料的投加量等进行研究。紧接着制备氧化石墨烯量子点(GOQDs),并采用一步水热法制备三元异质结光催化剂(WO3/TiO2/GOQDs),考察pH、三氧化钨(WO3)在WO3/TiO2/GOQDs中的含量、WO3/TiO2/GOQDs光催化剂的投加量等因素对光催化效率的影响。继续采用一步水热法制备三元异质结光催化剂(Ag/TiO2/GOQDs),考察pH、银(Ag)在Ag/TiO2/GOQDs中的含量、Ag/TiO2/GOQDs光催化剂的投加量等因素对光催化效率的影响。通过XRD、FTIR、SEM、TEM、BET、Raman等表征方法对3种光催化剂的形貌、结构、性能进行表征,结果表明,制得的GO具有褶皱的片状结构,GOQDs粒径较为均匀、形状较为规则,GO、GOQDs表面的含氧基团增加了光催化剂在水中的分散性,锐钛矿相的TiO2和正交晶型的WO3能够增强光催化活性,Ag单质有利于捕获电子、降低光生载流子的复合率。TiO2/GO纳米复合材料的光催化实验结果表明,当TiO2/GO纳米复合材料中TiO2:GO=15:8、pH为6、光催化剂投加量为150mg时,达到较高的去除率,其中C/C0(Cd2+)为0.3368,去除率为66.32%,C/C0(Pb2+)为0.1104,去除率为88.96%;WO3/TiO2/GOQDs三元纳米复合材料的光催化实验结果表明,当WO3/TiO2/GOQDs三元纳米复合材料中WO3的含量为0.4948g、pH为6、光催化剂投加量为150mg时,达到较高的去除率,其中C/C0(Cd2+)为0.1534,去除率为84.66%,C/C0(Pb2+)为0.0923,去除率为90.77%;Ag/TiO2/GOQDs三元纳米复合材料的光催化实验结果表明,当Ag/TiO2/GOQDs三元纳米复合材料中硝酸银的含量为0.375g、pH为6、光催化剂投加量为150mg时达到了最高的去除率,其中C/C0(Cd2+)为0.1167,去除率为88.33%,C/C0(Pb2+)为0.0978,去除率为90.22%。
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