负载型TiO2光催化剂的制备及其处理印染废水的试验研究

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纺织工业产生的印染废水含有大量难降解的有机污染物,二氧化钛(TiO2)光催化技术以其超强的氧化能力被广泛应用到印染废水处理方面。然而粉体TiO2在使用后,面临着分离回收、催化剂效率下降和流失等问题。研究发现,将TiO2负载于平板碱石灰玻璃表面,能够解决分离回收的问题,并抑制催化剂在回收过程中的流失,同时避免了颗粒阻挡光线影响辐照深度的问题。本研究采用溶胶凝胶-浸渍提拉法,以碱石灰平板玻璃为基质,在不同工况下制备了负载型TiO2光催化剂,考察了其制备的最优工况,表面微观特征,降解次甲基蓝(MB)溶液的效能及催化剂的失活再生,具体研究内容如下:1、在不同的提拉速度、涂膜次数、煅烧温度和煅烧时间下制备负载型TiO2光催化剂。利用二阶多项式模型,以MB溶液的紫外光降解效率为因变量,提拉速度、涂膜次数、煅烧温度、煅烧时间和光催化时间为自变量,确定负载型TiO2光催化剂降解MB溶液的响应曲面方程。在不同的光催化时间下,MB溶液在紫外光下的降解效率为79.80%~99.32%,优化出负载型TiO2光催化剂制备的最优工况。2、采用热重-差热分析、扫描电子显微镜、X射线衍射和能谱分析方法表征负载型TiO2光催化剂。随着煅烧温度升高,薄膜的质量、物质结构逐渐发生变化,500℃时,薄膜中全部为锐钛矿TiO2,晶粒尺寸为10~20nm。在低速提拉和多次涂膜下,获得了表面均匀、团聚现象少的TiO2薄膜,薄膜中O和Ti含量占总元素含量的70%以上。薄膜的表面形态及锐钛矿TiO2含量决定了负载型TiO2光催化剂降解MB溶液的催化效率。3、通过负载型TiO2光催化剂降解MB溶液的试验,在低浓度、酸性或强碱性的MB溶液中,负载型TiO2光催化剂降解MB溶液的速率较快。紫外光辐照强度越大,MB溶液的降解速率越快。溶液中大量的Fe2+、Cu2+、Cl-、SO42-、HCO3-、H2PO4-对负载型TiO2光催化剂的吸附性能和光催化性能均会产生不利影响。负载型TiO2光催化剂对孔雀石绿和甲基橙染料的降解效率分别为93.51%和87.62%。4、在负载型TiO2光催化剂降解MB溶液的循环试验中,高浓度的MB溶液或短时间的紫外光照使负载型TiO2光催化剂的催化性能逐渐下降,直至完全失活。对失活后的催化剂进行水中紫外光降解或高温煅烧,会使负载型TiO2光催化剂的催化性能获得再生。
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