SDS-CuO/TiO光催化剂的制备和污水处理性能试验研究

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开发适用于难生物降解有机废水的处理方法一直是污水处理领域研究的技术难点。论文在综述难降解有机污染物特征的基础上,基于难降解有机污染物大多具有疏水基团的特性,认为改变纳米光催化剂的表面性能、开发一种疏水性光催化剂、可以提高难生物降解有机污染物处理能力。论文以十二烷基硫酸钠(SDS)对具有可见光吸收特性的纳米CuO/TiO2光催化剂进行了改性,采用滴加(氮气气氛和氧气气氛)、共沉(氮气气氛和氧气气氛)和吸附(氧气气氛)三种方法制得了五种疏水性SDS-CuO/TiO2光催化剂。研究了催化剂的制备方法及其改性后的结构和性能。以硝基苯为处理对象,在可见光的照射下,研究了疏水性光催化剂对硝基苯的降解,进行了催化剂制备方法、SDS负载量、催化剂用量、pH值、H2O2和空穴清除剂等六种影响因素的单因素影响实验和分析。初步研究了SDS-CuO/TiO2光催化剂在印染工业废水中的应用及对印染废水可生化性的影响。对各种影响因素的作用机制进行了分析,探讨了催化反应动力学。试验结果表明:
   ①五种疏水性SDS-CuO/TiO2光催化剂的可见光吸收阈都在900nm左右。滴加法和吸附法制备的催化剂具备完整的TiO2(锐钛矿)和CuO晶体衍射峰,疏水位主要是长链烷基,而共沉法的没有TiO2(锐钛矿)衍射峰出现,疏水位则主要是短链烷基。氮气煅烧的催化剂保留的疏水基团多于氧气煅烧时的。SDS负载量的差异基本不影响催化剂的可见光吸收性能和晶型,但当SDS负载量为2.3g/二2.5gTiO2时催化剂的疏水选择性最强,且在特征峰处的峰高和特征疏水基团均最高;SDS-CuO/TiO2催化剂的分散性比CuO/TiO2好。
   ②正交实验发现最佳催化剂为滴加法氮气气氛制各、SDS最佳负载量为2.3g/2.5gTiO2、催化剂最佳用量为0.2g/l、甲醇用量为O ml/l、pH最佳值为9、H2O2最佳用量为6 ml/l。六种因素的影响从大到小分别是SDS负载量、催化剂用量、甲醇的用量、制备方法、pH和H2O2。在初始浓度为400-500mg/l的区间内,2h内硝基苯的降解率达77.46%;SDS负载量为2.3g/2.5gTiO2时,催化剂的降解效率可达80.12%;随着催化剂用量的增加,硝基苯降解效率先升高后降低;不同pH影响顺序从大到小的是:弱碱>强碱>中性和强酸>弱酸。随着H2O2添加量的增加,催化剂的催化活性先增加后又降低。光照时间延长至4h后,硝基苯降解率为90%左右,时间再增加,硝基苯的降解提高不大。
   ③SDS-CuO/TiO2光催化剂催化降解多成分废水和单一废水中硝基苯的降解率分别为48.29%和30.21%。即在亚甲基蓝存在的情况下,催化剂的催化活性不但没有降低,反而有所提高。催化降解印染废水硝基苯的降解率为65.71%。SDS-CuO/TiO2催化降解疏水性污染物的能力比CuO/TiO2的好很多,但仍然具备较低的降解亲水性物质的能力;SDS-CuO/TiO2的疏水选择性几乎不受其他非疏水性物质的影响。印染工业废水经过SDS-CuO/TiO2催化剂处理后DHA较处理前的大大提高,是处理前的约12倍,印染工业废水可生化大大提高。
   ④SDS通过其在水中的分布状态来影响其在催化剂表面的吸附量,从而影响催化剂的表面疏水性能。当废水中同时存在亲水和疏水污染物时,由于催化剂表面疏水基团的作用,使得疏水污染物更容易被催化剂吸附,从而实现优先降解,宏观上表现为废水可生化性的改善。SDS-CuO/TiO2光催化剂降解硝基苯具有一级反应动力学特征。
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