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光催化氧化是一种新兴的现代水处理技术,在降解难生物降解有机物和避免引入新的污染物方面有强大的优势。TiO2是一种环保型多相半导体光催化剂,对一些毒性大、生物难降解的有机污染物,用纳米级TiO2光催化剂作为强氧化剂,在常温、常压下就可以彻底氧化为H2O、CO2等小分子,但悬浮态的纳米TiO2粉体存在难以分离回收、光能利用率低等问题,负载型纳米TiO2催化剂的制备和研究就成为目前光催化领域的发展趋势之一。本论文采用溶胶-凝胶法,在不同煅烧温度条件下合成以活性炭和硅胶为载体的纳米TiO2光催化剂,通过XRD和SEM对表面形貌、分布均匀性、粒径大小及晶型等进行表征,通过混凝预处理后的垃圾渗滤液光催化降解试验,探讨了影响负载型纳米TiO2光催化降解性能的影响因素,得出的主要结论如下:
(1)在400℃下煅烧制备而成的TiO2/活性炭和TiO2/硅胶表面附着的纳米TiO2颗粒分布均匀,粒径适中,无明显团聚现象,且晶型处于活性较高的锐钛矿型,具有较好的光催化性能。分别以TiO2/活性炭和TiO2/硅胶为催化剂时,在紫外灯光照120min后,亚甲基蓝的残留率分别为31.70%和7.9%。
(2)以PAC为混凝剂,以PAM为助凝剂联合处理垃圾渗滤液,能有效去除垃圾渗滤液的浊度和COD。通过正交试验确定了混凝处理垃圾渗滤液的优化条件是:pH为10,搅拌时间为40min,PAC投加量为0.6mL/L,助凝剂PAM投加量为0.5mL/L的实验条件下,混凝效果最佳。
(3)随着催化剂投加量的增加,垃圾渗滤液COD降解率呈现先升高后下降的趋势。TiO2/活性炭和TiO2/硅胶这两种催化剂的最佳投加量分别为9g和6g。
(4)在强酸和强碱条件下,两种催化剂对垃圾渗滤液COD的降解效果都较中性条件更好。其中,强酸环境下COD降解率又比强碱环境下更高。
(5)两种负载型催化剂在20w、40w、80w三种紫外灯光照强度下,对垃圾渗滤液COD的降解率相差不大。
(6)随着H2O2溶液投加量的增加,垃圾渗滤液COD在120min后的最终降解率呈现出先升高后下降的趋势。30%H2O2溶液的投加对TiO2/活性炭光催化效率的影响明显强于TiO2/硅胶。
(7)垃圾渗滤液的COD降解率随着使用次数的增加有下降的趋势,在前4次使用过程中下降趋势并不明显,表明催化剂在多次应用后仍然保持着很好的催化活性。