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光催化-BAF联合工艺降解水体中2,4-二硝基苯酚
作 者: 张锋
导 师: 黄冬根
学 校: 南昌大学
专 业: 环境科学
关键词: TiO2 Al2O3 复合光催化剂 2,4-二硝基苯酚 联合降解
分类号: X703
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
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内容摘要
TiO2具有较高的光催化活性,较高的化学稳定性和热稳定性,容易得到,本身又不具有毒性,对环境没有负面影响,对难生物降解的物质催化彻底,已经成为最引人注目的环境净化材料之一,在环保领域的应用得到了广泛的研究。但由于TiO2的种种限制,目前很难真正的应用于工业化的废水处理工程中,主要限制有光响应范围太窄(只对λ<387 nm的紫外光响应)和使用后难回收再利用。目前主要的研究大多是制备纳米TiO2溶胶和粉末,难以回收,也有负载型光催化剂的研究,但也存在载体的稳定性不足和催化剂薄膜脱落的问题,而改性则主要是提高光催化活性。本试验采用溶胶-超声共融-凝胶-滴油造粒法制备粒径0.5~2mm的TiO2-Al2O3复合微球光催化剂。制备了不同Ti/Al摩尔比,不同煅烧温度下的复合光催化剂,对催化剂样品进行了XRD分析,确定不同煅烧温度对TiO2-Al2O3晶型的影响。取其中一种比例和煅烧温度下的催化剂作为降解反应的催化剂,以具有生物毒性的2,4-二硝基苯酚(2,4-DNP)作为模型污染物,以紫外杀菌灯作为光源,检验催化剂的光催化活性。对不同浓度的2,4-二硝基苯酚模拟废水进行光催化降解、BAF生物降解、光催化-BAF联合降解试验,对比了单独处理与联合处理的特点,采用UV-vis、HPLC对水样进行了分析,观察2,4-二硝基苯酚降解情况。XRD分析表明,Al的加入明显提高了TiO2的相变温度,850℃下才发生了由锐钛矿型向金红石型的转变,TiO2:Al2O3<1:2时,没有Al2O3的衍射峰出现,说明Al2O3可能以非晶体状分散在TiO2的表面上。水样HPLC图谱表明,光催化和生物降解方法都检测到了一种主要的中间产物,有的检测出有几种产物。UV-vis图谱表明,降解过程中首先发生脱硝基反应,硝基被羟基替换。光催化过程中pH的降低表明反应过程中有羧酸类的中间产物产生,表明苯环被打断。降解的主要过程可能是:替换硝基-开环-彻底氧化,最终的产物为N03-、CO2、H2O。催化试验结果表明,制备的催化剂具有较好的紫外光催化活性,且使用后容易从水溶液中分离。以光催化作为预处理,联合BAF生物降解,光催化的中间产物,使微生物对有毒废水具有更好的适应性,2,4-二硝基苯酚的降解速率相对于单独生物降解大大提升,显著缩短了降解时间。
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全文目录
摘要 3-5 Abstract 5-9 第1章 绪论 9-25 1.1 研究背景 9-10 1.2 TiO_2研究 10-24 1.2.1 TiO_2光催化机理 10-11 1.2.2 TiO_2光催化的影响因素 11-17 1.2.3 基于TiO_2的负载型光催化剂 17-19 1.2.4 TiO_2掺杂改性 19-24 1.3 2,4-二硝基苯酚降解研究 24 1.4 曝气生物滤池 24-25 第2章 实验设计 25-32 2.1 实验用药品 25 2.2 实验用仪器 25-26 2.3 TiO_2-Al_2O_3复合微球光催化剂制备 26-28 2.4 曝气生物滤池的启动和运行 28-29 2.5 光催化反应 29-30 2.6 BAF降解反应 30 2.7 光催化预处理联合BAF降解反应 30-32 第3章 催化剂分析 32-35 第4章 试验结果与分析 35-61 4.1 光催化降解结果分析 35-44 4.1.1 光催化降解UV-vis分析 35-39 4.1.2 光催化降解HPLC分析 39-44 4.2 BAF降解结果分析 44-52 4.2.1 BAF降解UV-vis分析 44-48 4.2.2 BAF降解HPLC分析 48-52 4.3 联合降解结果分析 52-61 4.3.1 联合降解UV-vis分析 52-56 4.3.2 联合降解HPLC分析 56-61 第5章 结论 61-62 致谢 62-63 参考文献 63-69 攻读学位期间的研究成果 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
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