论文部分内容阅读
近年来,水环境污染日益成为各国政府及民众热切关注的敏感问题,关注的范围不仅包括传统有机物引起的水污染问题,也包括一些新型污染物所造成的水污染。并且随着环境分析技术的不断发展,越来越多的新兴微污染物在不同国家和地区的水体、土壤和污水中被大量检出。二恶烷作为众多新型污染物中的一种,对人类健康具有毒害作用,已被美国环保署列为可能致癌物（B2）,常见于废水和垃圾渗滤液中,也广泛存在于自然水体中。然而,传统的水处理工艺对二恶烷的处理能力有限,很难将其彻底降解。因此,研究针对二恶烷简易、经济的水处理技术是非常必要和有意义的。非均相光-芬顿技术具有反应速率快,氧化性强、pH范围广等特点,可以有效去除水体中难降解的有机物,提高催化剂的利用率。为此,本文创新性地将针铁矿作为催化剂负载在陶瓷膜上制备成光催化陶瓷膜,并将其应用于非均相光-芬顿技术中来达到去除水中二恶烷的目的。本文从光催化陶瓷膜的制备、陶瓷膜的污染机理以及对二恶烷去除效率三方面进行了研究,主要内容如下:1.本文通过沉淀法制备了针铁矿催化剂,并且选用浸渍法与硅烷偶联法分别将催化剂负载在超滤陶瓷膜上制备成光催化陶瓷膜。实验结果表明,99.5 mL的去离子水与0.5 mL硅烷偶联剂G-407混合配制的硅烷偶联剂溶液更适于催化剂的负载。通过SEM、XRD、EDS等手段对制备的光催化陶瓷膜的表面形态、晶型结构和元素组成等进行了测试分析,证实了此方法不会引起催化剂变性及膜孔的大量堵塞,针铁矿催化成功地被负载在陶瓷膜表面。2.通过光催化陶瓷膜对牛血清蛋白溶液过滤实验,探究膜的抗污染性能与污染机理。在牛血清蛋白的过滤实验中,50 min时向运行压力为0.07 Mpa的光催化陶瓷膜系统中投加H2O2和紫外光,膜通量可恢复到原来的94%。在90 min时,向运行通量为100 LMH的反应系统投加H2O2和紫外线,跨膜压差不再上升,反而从0.055 Mpa减小到0.052 Mpa并趋于平稳。说明光催化陶瓷膜为BSA的降解提供了反应场所,可以有效抑制膜的污染速率,使膜具有一定的抗污染能力。并且通过计算流态因子n的值推测了膜的污染机理,得到n=1.75,表明过滤过程由“完全堵塞”、“标准堵塞”同时控制。3.将制备的光催化陶瓷膜处理二恶烷。首先,通过实验确定了催化剂、H2O2、UV存在相互促进的作用,三者构成非均相光-芬顿体系对二恶烷的处理效果最佳。并且考察了不同反应体系中羟基自由基的生成量,探究反应体系去除二恶烷效的原因。然后,考察了二恶烷的初始浓度、H2O2的投加量以及紫外线波长对非均相光-芬顿处理二恶烷的影响。结果表明,当二恶烷溶液浓度为10 mg/L,H2O2的浓度为2 mM,紫外线波长为254 nm时,处理效果最好,二恶烷在2 h内的去除率高达77.32%。最后,在连续流过滤系统中,考察光催化陶瓷膜对二恶烷的去除效果。实验表明,在投加H2O2和UV的条件下,膜通量越小溶液中的二恶烷去除率越高,但由于膜表面可能未完全被催化剂负载,电子转移效率低以及二恶烷的较小分子量可直接透过膜孔等原因,二恶烷在膜通量为4.15L/（m2·h）时去除率仅有21%,因此可以改善催化剂的负载或更换孔径更小的陶瓷膜来提高去除率。实验还发现溶液中TOC的矿化度较小,说明二恶烷并未完全降解,经气相-质谱检测,发现反应过程中有乙二醇二甲酸酯、乙二醇、甲酸、草酸、甲氧基乙酸等降解产物的生成,并分析了二恶烷的两条降解途径。