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TiO_2催化剂改性及冷冻—光催化组合方法处理含溴氨酸废水

作　者: 刘晓平
导　师: 费学宁
学　校: 天津城市建设学院
专　业: 环境工程
关键词: 二氧化钛 光催化 冷冻 太阳光 自然能
分类号: X703.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


染料废水污染物浓度高、色度深、水质酸碱度变化大,是难处理工业废水之一。本文在课题组前期试验基础上对TiO2催化剂改性,制备出多孔耦合CdS/TiO2催化剂并分别考察了该催化剂对溴氨酸溶液的日光光降解和冷冻法对溴氨酸溶液分离过程中的影响因素。采用冷冻-光催化组合方法对含溴氨酸废水的处理进行了初步研究。采用溶胶-凝胶法制备多孔氧化钛,并耦合CdS,制备出对可见光有一定响应又易于分离的多孔耦合CdS/TiO2催化剂。研究表明,煅烧温度为700℃,CdS掺杂比例为3%时,催化剂的降解性能较优。于太阳光下以溴氨酸溶液为底物,考察了光照强度、底物浓度、催化剂用量、pH值、氯化钠含量、降解时间等因素对降解过程的影响。试验表明,光照强度较高时,溶液的降解效果较好;对于30mg/L的溴氨酸溶液,催化剂的最佳用量为2g/L,最佳pH值为12;氯化钠浓度低于1mol/L时,可促进体系的褪色效果,但随着其含量增大,溶液的矿化度有小幅下降;此外,当溴氨酸浓度高于50mg/L时,溶液的降解效果显著降低。冷冻分离试验表明,溴氨酸有机分子和氯化钠无机盐均能在冰晶形成过程中被排挤出来,从而获得较高纯度冰晶。较低的结冰速率有利于获得较高纯度冰晶;相同冷冻条件下,溶液初始浓度在一定范围内对其分离效果影响不大,但当溶液浓度超过某范围时,分离效果降低;氯化钠的存在影响溴氨酸溶液的冷冻分离,而溴氨酸分子对无机离子的分离无明显影响。冷冻法通过创造低温环境,使废水中的部分有机物和无机离子转移至母液,从而达到初步分离的目的。该法作为前处理,可大大提高光催化效率。浓度为500mg/L的溴氨酸模拟废水经冷冻后,成冰率为70%时,冰融水的Na+质量浓度、TOC和吸光度分别由209.88mg/L,208.90mg/L和8.12降至19.06mg/L,24.80mg/L和0.638。该冰融水再经光催化降解后,废水的褪色率和TOC去除率为分别为100%和87.04%。对高浓度、高含盐量实际染料废水进行了三级冷冻-光催化降解试验。经三级冷冻后,冰融水的杂质含量显著降低;该冰融水经光催化降解后褪色率和COD去除率可达到92.42%和74.27%。但与此同时,多级冷冻所获冰融水的体积大大减少,三级冰融水仅占原水体积的1/8,因此,必须考虑对各级母液的循环冷冻。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章 文献综述  10-26
  1.1 引言  10-11
  1.2 染料生产废水的处理  11-13
    1.2.1 染料废水特性简介  11
    1.2.2 染料废水的主要处理方法  11-12
    1.2.3 染料生产废水的组合处理技术  12-13
  1.3 光催化氧化技术  13-19
    1.3.1 半导体光催化技术发展概况及其在水处理方面的应用  13
    1.3.2 光催化氧化机理  13-14
    1.3.3 光催化反应中的影响因素  14-17
    1.3.4 光催化剂的改性  17-19
    1.3.5 光催化的发展方向  19
  1.4 冷冻法水处理发展及研究现状  19-24
    1.4.1 冷能源简介  19
    1.4.2 冷冻浓缩分离技术发展历程  19-20
    1.4.3 国内外冷冻浓缩分离技术的研究现状  20-22
    1.4.4 冷冻浓缩分离技术在水处理中的应用  22-24
    1.4.5 冷冻法水处理的优势和存在的问题  24
  1.5 研究内容及创新点  24-26
第二章 TiO_2催化剂的改性及日光光催化降解溴氨酸溶液试验研究  26-42
  2.1 引言  26-27
  2.2 试验  27-32
    2.2.1 主要试剂及仪器  27-28
    2.2.2 多孔耦合 CdS/TiO_2催化  28-30
    2.2.3 光降解实验装置及方法  30
    2.2.4 催化剂活性的表征方法  30-32
  2.3 结果与讨论  32-41
    2.3.1 多孔耦合 CdS/TiO_2催化剂的制备及表征  32-34
    2.3.2 多孔耦合 CdS/TiO_2催化剂与多孔氧化钛的性能对比  34-35
    2.3.3 多孔耦合 CdS/TiO_2催化剂对溴氨酸溶液的日光光降解  35-41
  2.4 本章小节  41-42
第三章 含溴氨酸废水冷冻分离实验研究  42-54
  3.1 引言  42-43
  3.2 冷冻浓缩分离技术的理论基础  43
  3.3 试验  43-45
    3.3.1 主要试剂及仪器  43-44
    3.3.2 实验装置及冷冻方式  44
    3.3.3 试验指标的测试及分析方法  44-45
  3.4 结果与讨论  45-53
    3.4.1 溴氨酸废水冷冻分离基本规律  45-49
    3.4.2 温度/结冰速率对冷冻分离效果的影响  49-51
    3.4.3 溴氨酸浓度对冷冻分离效果的影响  51
    3.4.4 无机盐含量对溴氨酸废水冷冻分离效果的影响  51-53
  3.5 本章小节  53-54
第四章.冷冻-光催化组合技术处理含溴氨酸废水的初步研究  54-62
  4.1 引言  54
  4.2 试验  54-56
    4.2.1 主要试剂及仪器  54
    4.2.2 含溴氨酸实际生产废水水质特征  54
    4.2.3 冷冻温度的确定  54-55
    4.2.4 冷冻-光催化组合方法处理溴氨酸模拟废水  55
    4.2.5 多级冷冻－光催化组合方法处理含溴氨酸实际废水  55-56
  4.3 结果与讨论  56-60
    4.3.1 冷冻-光催化组合方法处理溴氨酸模拟废水  56
    4.3.2 实际废水的一级冷冻  56-58
    4.3.3 多级冷冻－光催化组合技术处理实际废水的初步研究  58-60
  4.4 本章小节  60-62
第五章.结论  62-63
参考文献  63-67
致谢  67-68
附录  68-69

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 废物处理与综合利用 > 一般性问题 > 废水的处理与利用 > 技术方法
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