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光电催化粘土材料处理有机废水的研究

作　者: 石眺霞
导　师: 孙家寿
学　校: 武汉工程大学
专　业: 环境工程
关键词: 光辐照电氧化光电催化氧化 Ti/Fe层柱累托石硝基苯废水硝基苯去除率 COD去除率
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

本文以开发利用累托石资源为目的。围绕层柱累托石的制备和应用进行了一系列的研究工作。为累托石的开发利用和利用累托石处理含硝基苯废水提供了科学依据。1、根据粘土矿物的特性，通过掺杂过渡金属离子，在总结已有研究成果的基础上，分别探讨了成型累托石和掺杂过渡金属成型累托石的制备方法以及影响因素，制备了Ti／Fe层柱累托石环境材料。2、将处理前后的Ti／Fe层柱累托石分别进行红外吸收光谱分析（FTIR），X射线粉晶衍射分析（XRD），比表面积测试，差热分析（DTA）及扫描电镜分析（STEM）。分析结果表明Ti／Fe层柱累托石与钠化累托石、Ti层柱累托石相比较，其d₀₀₁值分别增加了1.83nm、0.47nm左右，层柱后的累托石的热稳定性大为增强且含有丰富的羟基。3、研究表明在光、电、光电催化氧化条件下，影响Ti／Fe层柱累托石处理含硝基苯模拟废水的因素有：废水的初始浓度、pH值、Ti／Fe层柱累托石用量、反应时间等。对比Ti／Fe层柱累托石处理含硝基苯模拟废水的效果发现，光辐照、电氧化、光电催化氧化均能提高Ti／Fe层柱累托石处理含硝基苯废水的能力。且，光电催化氧化能力＞光辐照氧化能力＞电氧化能力。4、对Ti／Fe层柱累托石的再生做了初步探索，发现经500℃焙烧1h后能够恢复其催化性能，再生效果较好。5、光辐照、电氧化、光电催化Ti／Fe层柱累托石处理含硝基苯废水时，其硝基苯、COD去除动力学方程均符合符合一级动力学方程。动力学研究结果表明总反应速率是由内扩散决定的。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-12
第1章绪论  12-34
  1.1 研究目的和意义  12-14
  1.2 Ti层柱粘土催化材料的研究现状  14-19
    1.2.1 层柱机理  15-16
    1.2.2 TiO_2层柱粘土的制备  16
    1.2.3 TiO_2层柱粘土的特性  16-17
    1.2.4 光辐照TiO_2层柱粘土在环境保护中的应用  17-18
    1.2.5 提高TiO_2层柱粘土光催化剂活性的途径  18-19
  1.3 累托石矿物的研究现状与进展  19-23
    1.3.1 累托石的特征  20-22
    1.3.2 累托石的开发利用现状  22-23
  1.4 硝基苯废水处理现状  23-33
    1.4.1 物化法处理技术  25-29
    1.4.2 生物降解  29-30
    1.4.3 其他方法  30-31
    1.4.4 硝基芳香烃废水处理技术的展望  31-32
    1.4.5 存在问题  32-33
  1.5 本课题研究的主要内容  33-34
第2章试验材料、药剂、仪器及分析方法  34-40
  2.1 试验材料  34-36
    2.1.1 试验用累托石  34
    2.1.2 试验废水  34
    2.1.3 试验药剂  34-35
    2.1.4 试验仪器  35-36
  2.2 试验方法  36-38
    2.2.1 光催化试验  36-37
    2.2.2 电催化试验  37
    2.2.3 光电催化试验  37-38
  2.3 分析方法  38-40
    2.3.1 COD测定方法  38
    2.3.2 硝基苯含量的测定  38-40
第3章层柱累托石的制备  40-56
  3.1 层柱累托石的制备方法  40-43
  3.2 成型累托石的制备  43-48
    3.2.1 原土成型研究  43-44
    3.2.2 不同组分层柱剂对累托石成型效果的影响  44-45
    3.2.3 层柱累托石成型研究  45-46
    3.2.4 烘干温度对Ti层柱累托石成型的影响  46
    3.2.5 累托石悬浮液浓度对成型效果的影响  46-47
    3.2.6 陈化时间对层柱累托石成型效果的影响  47
    3.2.7 层柱剂用量对层柱累托石成型效果的影响  47-48
  3.3 掺杂过渡金属成型层柱累托石的制备  48-56
    3.3.1 过渡金属盐的影响  50-51
    3.3.2 钛酸四正丁酯用量对层柱累托石性能的影响  51-52
    3.3.3 硝酸铁(Fe(NO_3)_3)用量对层柱累托石性能的影响  52-53
    3.3.4 层柱剂用量/累托石用量对层柱累托石性能的影响  53-54
    3.3.5 层柱后陈化时间对层柱累托石性能的影响  54-55
    3.3.6 本节小结  55-56
第4章层柱累托石的性能研究  56-64
  4.1 傅立叶变换红外光谱分析(FTIR)  56-58
  4.2 层柱累托石的X射线粉晶衍射(XRD)分析  58-60
  4.3 层柱累托石的差热分析(DTA)  60-61
  4.4 扫描电镜(SETM)  61-62
  4.5 比表面积的测定  62-63
  4.6 松散堆积密度  63-64
第5章 Ti/Fe层柱累托石处理含硝基苯废水的研究  64-84
  5.1 光辐照Ti/Fe层柱累托石处理模拟含硝基苯废水试验  65-71
    5.1.1 光照时间对废水处理效果的影响  65-66
    5.1.2 光源的选择  66
    5.1.3 层柱剂的加入对层柱累托石催化性能的影响  66-67
    5.1.4 累托石用量对废水处理效果的影响  67-68
    5.1.5 不同pH值对废水处理效果的影响  68-69
    5.1.6 废水初始浓度对处理效果的影响  69-70
    5.1.7 充气的影响  70-71
    5.1.8 本节小结  71
  5.2 电催化Ti/Fe层柱累托石处理模拟含硝基苯废水试验  71-78
    5.2.1 二维平板电极与三维电极对比试验  71-72
    5.2.2 电极对硝基苯去除率的影响  72-73
    5.2.3 累托石对电解硝基苯的影响  73-74
    5.2.4 电解槽电压对处理效果的影响  74-75
    5.2.5 电解电流对处理效果的影响  75
    5.2.6 废水初始pH值对处理效果的影响  75-76
    5.2.7 硝基苯初始浓度对处理效果的影响  76-77
    5.2.8 累托石用量的影响  77
    5.2.9 本节小结  77-78
  5.3 光电催化氧化处理硝基苯模拟废水  78-84
    5.3.1 反应时间对层柱累托石光电催化氧化处理效果的影响  78
    5.3.2 累托石对光电降解硝基苯的影响  78-79
    5.3.3 正交实验  79-82
    5.3.4 本节小结  82-84
第6章失活与再生  84-88
  6.1 催化剂的失活  84-85
    6.1.1 反应副产物或中间产物在催化剂表面吸附或积累  84
    6.1.2 晶格氧扩散的影响  84-85
    6.1.3 载体的影响  85
    6.1.4 羟基自由基(·OH)的消耗  85
    6.1.5 催化剂在贮存时被污染  85
  6.2 催化剂的再生  85-88
第7章 Ti/Fe层柱累托石处理实际废水  88-90
  7.1 试验结果  88-89
  7.2 推荐工业试验流程  89-90
第8章催化机理探讨  90-105
  8.1 光电催化层柱累托石处理含硝基苯废水的反应过程  90-93
    8.1.1 光电催化氧化反应过程  90-91
    8.1.2 硝基苯的降解过程  91-93
  8.2 光电催化层柱累托石处理含硝基苯废水的催化机理研究  93-101
    8.2.1 催化反应机理研究  93-98
    8.2.2 催化氧化层柱累托石处理含硝基苯废水的催化动力学研究  98-101
  8.3 总反应速率的控制  101-105
第9章结论与建议  105-108
创新点  108-109
参考文献  109-118
攻读学位期间发表的学术论文  118-119
致谢  119

光电催化粘土材料处理有机废水的研究

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