TiO2/复合改性麦饭石光催化降解模拟染料废水的研究
二氧化钛(TiO2)因其具有污染性低、催化能力强和稳定性高等优点,一直被认为是良好的环保型光催化材料.但是由于TiO2粒子的易团聚性和光谱吸收范围小等弊端,制约了TiO2在实际工业废水处理中的应用.本文以氢氧化钠(NaOH)和十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)为复合改性剂,麦饭石为主要前驱物,采用溶胶凝胶法制备了TiO2/复合改性麦饭石光催化剂,研究了其对蒽醌类杂环染料-亚甲基蓝模拟染料废水处理的最佳处理条件、亚甲基蓝的降解历程,并通过实验建立了动力学模型.研究成果如下:(1)制备了NaOH/CTMAB复合改性麦饭石,最佳改性条件为1mol/LNaOH加5g/LCTMAB.用NaOH/CTMAB复合改性麦饭石对亚甲基蓝模拟废水进行了处理,最佳处理条件为:溶液初始pH=5±0.1、催化剂投加量为0.6g/100m L、反应时间3h、染料初始浓度为30mg/L,其色度和COD的去除率分别为88.0%和80.12%.(2)将溶胶凝胶法制备的TiO2负载到复合改性麦饭石上,对亚甲基蓝模拟染料废水进行光催化氧化及吸附实验.当TiO2负载量为5g,煅烧温度400℃时制备的TiO2/复合改性麦饭石光催化剂催化效果最佳,同时采用SEM,TEM、XRD等仪器对复合光催化剂的结构和形貌进行了表征.表征结果显示,TiO2以锐钛矿型均匀分散在麦饭石粒子上,具有良好的稳定性.利用上述催化剂对亚甲基蓝模拟染料废水进行了处理,确定最佳反应条件为:TiO2/复合改性麦饭石光催化剂投加量为0.5g/100mL,紫外光照时间为80min,染料初始浓度为30mg/L.在此条件下,亚甲基蓝模拟染料废水的色度和COD去除率分别为97.12%和88.62%.(3)在最佳反应条件下,进行了TiO2/复合改性麦饭石光催化剂处理实际染料废水的实验,并研究了催化剂的回收重复利用率.实验结果表明:实际染料废水的色度和COD去除率最高分别可达73.65%和54.44%.TiO2/复合改性麦饭石光催化剂在回收利用5次后,对亚甲基蓝模拟染料废水的色度和COD去除率分别为55.29%和51.19%.(4)综合多种谱图分析,推断出亚甲基蓝在光催化氧化处理过程中的降解历程.羟基自由基首先攻击染料分子的生色基团,即氮硫杂环,使其遭到破坏而脱色;然后攻击染料的降解中间产物,再经过一系列反应过程最终被矿化为CO2和H2O等小分子物质.(5)对TiO2/复合改性麦饭石光催化剂处理亚甲基蓝模拟染料废水进行了动力学研究.实验结果表明:复合光催化剂催化氧化降解亚甲基蓝符合一级反应动力学模型:C=C0exp(0.0082C0-0.32469Q0.47705t).
- 作者：
- 王义男
- 学位授予单位：
- 辽宁科技大学
- 专业名称：
- 化学工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2015年
- 导师姓名：
- 王喜全
- 中图分类号：
- O643.36；X788
- 关键词：
- 麦饭石；光催化；亚甲基蓝
- Medical Stone； Photocatalysis； Methylene Blue