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铈掺杂纳米二氧化钛处理染色废水

作　者: 胡成佐
导　师: 何瑾馨
学　校: 东华大学
专　业: 纺织化学与染整工程
关键词: 铈 二氧化钛 染色废水 降解 光催化 微波
分类号: X791
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


近年来,我国水资源的匮乏和印染行业日益高涨的环保呼声使印染废水处理技术逐渐受到人们重视。以纳米TiO2光催化剂为代表的光催化氧化技术由于具备节能高效、污染物降解彻底等优点而成为废水处理技术研究的热点。但TiO2具有较大的禁带宽度,电子跃迁只吸收紫外光。这使得纳米TiO2光催化剂对太阳光能的利用比例较低。为了克服这个不足,本文利用铈元素对纳米TiO2进行掺杂以拓宽其吸收波长范围并提高其光催化性能。此外,本文还用微波对纳米Ce/TiO2光催化剂进行处理,以进一步提高其光催化效率。本文主要研究了纳米二氧化钛的制备、铈搀杂改性、微波改性以及将所制备的催化剂应用于光催化降解模拟染色废水,并比较他们的光催化性能。实验结果表明,制备纳米TiO2光催化剂的最佳条件为钛醇盐与乙酸的摩尔比为1：3,体积比为2：1左右。钛醇盐与蒸馏水的摩尔比为1：4,体积比为5：1左右。最佳煅烧温度为500℃；分散剂NNO和羧甲基纤维素钠对光催化剂具有较好的分散稳定作用。分散剂质量为二氧化钛质量的10%时,分散效果较好。当加入乙二醇后,分散效果更佳。活性染料溶液光催化降解实验表明Ce掺杂能提高纳米TiO2的光催化活性,适当功率下的微波处理对纳米Ce/TiO2的光催化活性有定程度的改善。光催化活性受到光催化剂用量、废水初始浓度、光源、pH值、温度等因素的影响；纳米Ce/TiO2及经微波处理后的纳米Ce/TiO2对模拟染色废水的光降解性能优于气相氧化钛(P25,德国赢创-德固赛工业集团)。在400W金卤灯作用下脱色率分别达到98.1%和99.5%,化学需氧量(COD)去除率分别达到86.3%和87.9%；在100W汞灯作用下脱色率分别达到97.7%和98.5%,COD去除率分别达到85.2%和86.7%。而自制二氧化钛和P25在400W金卤灯作用下脱色率分别达到89.3%和85.1%,COD去除率分别达到75.6%和73.7%；在100W汞灯作用下脱色率分别达到95.5%和93.2%；COD去除率分别达到81.9%和80.1%。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章 前言  12-22
  1.1 染色废水的来源及其危害  12-13
  1.2 印染废水处理的物理方法  13-14
    1.2.1 吸附法  13
    1.2.2 膜处理法  13-14
    1.2.3 吸附气浮法  14
    1.2.4 超声波气振技术  14
    1.2.5 辐射降解法  14
    1.2.6 萃取法  14
  1.3 印染废水处理的生物方法  14-15
    1.3.1 传统生物处理技术  15
    1.3.2 微生物处理技术  15
  1.4 印染废水处理的化学方法  15-21
    1.4.1 混凝法  15-16
    1.4.2 还原法  16
    1.4.3 氧化法  16
    1.4.4 高级氧化法  16-17
    1.4.5 纳米材料光催化氧化法  17-21
  1.5 本课题的研究内容及意义  21-22
第二章 Ce搀杂纳米TiO_2的制备及表征  22-39
  2.1 前言  22
  2.2 化学试剂及仪器  22-23
    2.2.1 化学试剂  22-23
    2.2.2 实验仪器  23
  2.3 纳米TiO_2及纳米Ce/TiO_2的制备  23-24
    2.3.1 TiO_2的制备方法  23
    2.3.2 Ce掺杂TiO_2的制备方法  23
    2.3.3 纳米TiO_2及Ce/TiO_2分散液的制备方法  23-24
  2.4 纳米TiO_2及Ce/TiO_2的表征  24
  2.5 结果与讨论  24-37
    2.5.1 Ce/TiO_2的制备  24-27
    2.5.2 影响纳米Ce/TiO_2分散性能的因素  27-34
    2.5.3 纳米Ce/TiO_2凝胶的分析结果  34-37
  2.6 本章小结  37-39
第三章 Ce/TiO_2的微波处理及表征  39-47
  3.1 引言  39
  3.2 仪器  39-40
  3.3 实验方法  40
  3.4 催化剂的表征方法  40
  3.5 结果分析  40-45
    3.5.1 不同功率微波处理后的XRD分析结果  40-41
    3.5.2 同功率微波处理不同时间后的XRD分析结果  41-43
    3.5.3 微波作用对纳米Ce/TiO_2的形貌的影响  43-44
    3.5.4.微波作用对粒径的影响  44-45
  3.6 本章小结  45-47
第四章 纳米TiO_2光催化处理模拟染色废水  47-62
  4.1 前言  47
  4.2 化学试剂及仪器  47-48
    4.2.1 化学试剂  47
    4.2.2 实验仪器  47-48
  4.3 实验方法  48
    4.3.1 催化剂光催化性能的研究方法  48
    4.3.2 脱色率的算方法  48
    4.3.3 COD去除率计算方法  48
  4.4 结果与讨论  48-61
    4.4.1 降解后染料溶液COD除率与脱色率  48-49
    4.4.2 光催化反应速率研究  49-50
    4.4.3 光催化剂用量对反应速率的影响  50-51
    4.4.4 染料初始浓度对脱色率的影响  51-52
    4.4.5 染液pH对反应速率的影响  52
    4.4.6 曝气对催化反应速率的影响  52-53
    4.4.7 铈掺杂量对催化活性的影响  53-54
    4.4.8 Ce/TiO_2光催化性能受微波功率的影响  54-55
    4.4.9 Ce/TiO_2光催化性能受微波处理时间的影响  55-56
    4.4.10 微波处理的纳米Ce/TiO_2在不同pH值下降解染料溶液  56
    4.4.11 染液初始浓度对微波改性Ce/TiO_2降解效率的影响  56-57
    4.4.12 Ce/TiO_2用量对降解效率的影响  57-58
    4.4.13 Ce/TiO_2对不同种类染料的降解效率  58
    4.4.14 盐用量对催化效率的影响  58-59
    4.4.15 各种催化剂对模拟染色废水催化降解性能的比较  59-61
  4.6 本章小结  61-62
第五章 总结  62-64
参考文献  64-68
致谢  68

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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 > 轻工业废物处理与综合利用 > 纺织、印染工业
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