【摘 要】
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处理金矿冶炼行业所产生的含氰废水迫在眉睫。探索绿色环保、经济高效的方法去除含氰废水中的总氰化物并回收络合态氰化物中的重金属是当前处理含氰废水中亟待解决的问题之一。光催化氧化是消除氰化物和金属氰化络合物的有效方法。本文使用真实含氰废水作为处理对象,制备了几种不同的硅基二氧化钛型催化剂对含氰废水进行催化降解处理。主要的研究内容和结果如下:(1)在第一部分的研究中,采用固相分散法(SSD)制备了不同Si
【基金项目】
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山东省自然科学基金(ZR2018MEE011); 国家自然科学基金(51974180);
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处理金矿冶炼行业所产生的含氰废水迫在眉睫。探索绿色环保、经济高效的方法去除含氰废水中的总氰化物并回收络合态氰化物中的重金属是当前处理含氰废水中亟待解决的问题之一。光催化氧化是消除氰化物和金属氰化络合物的有效方法。本文使用真实含氰废水作为处理对象,制备了几种不同的硅基二氧化钛型催化剂对含氰废水进行催化降解处理。主要的研究内容和结果如下:(1)在第一部分的研究中,采用固相分散法(SSD)制备了不同Si O2/Al2O3比的Ti O2/ZSM-5复合光催化剂。通过X射线衍射光谱(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、氮气吸附-脱附测试和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)对复合催化剂进行了表征。在不同的吸附时间和光照时间下,研究了不同Si O2/Al2O3比例的催化剂对含氰废水的催化效率以及吸附光催化氧化的协同效应。随着光催化时间的延长(>2.0 h),高Si O2/Al2O3比的复合催化剂具有更好的光催化性能。以空气为氧化剂,室温下吸附3.0 h并光照4.0 h,总氰化物的降解率为93.97%。铜和锌离子的去除率为分别为81.67%和100%。氰化物的降解遵循准一级动力学。能谱(EDS)分析结果表明,高Si O2/Al2O3比的催化剂通常具有不规则表面,含有更多的纳米Ti O2,同时对铜和锌的吸附容量相对较高。X射线光电子能谱(XPS)表明氰化物最终被降解为CO2和NO3–。铜和锌以Cu(II)和Zn(II)的形式被去除。(2)在第二部分的研究中,采用固相分散法成功制备了一种简单有效的光催化剂,具有增强的吸附和光催化活性。该催化剂由氧化石墨烯(GO)、纳米二氧化钛(nano-Ti O2)和硅基沸石(ZSM-5)组成。采用SEM、EDS、氮气吸附-脱附试验、XRD、UV-Vis DRS、TGA和XPS等技术对样品进行了表征。还进行了不同纳米Ti O2含量、不同波长光源、不同催化剂用量的实验、不同材料的对照实验、p H值和Zeta电位的测定。结果表明,3.0 g/L GTZ-60(Ti O2含量为60 wt%的GO/Ti O2/ZSM-5复合光催化剂)在紫外波长下的光催化降解效率最高,总氰化物和铜的降解效率可分别达98.73%和98.96%。总氰化物的降解遵循准一级动力学。GTZ-60的光电特性明显改善了光生电子e–和空穴h+的迁移和分离,从而获得了较高的光催化效率。XPS分析表明,氰化物最终被降解为碳氧化物和氮氧化物。铜和锌以Cu(II)和Zn(II)的形式去除。(3)在第三部分的研究中,开发了一种简单有效、具有高吸附和催化活性的催化剂。采用水热合成法制备了珊瑚状钛硅沸石(CTS),然后采用离子交换法制备了掺杂银的CTS-Ag。它被用作降解含氰废水的催化剂。用SEM、EDS、XRD、TGA、UV-Vis DRS、氮气吸附-脱附试验和XPS对制备的材料进行了表征。研究了掺杂元素、不同光源、掺杂浓度、催化剂浓度和含氰废水稀释倍数下的实验。结果表明,当含氰废水稀释100倍时,2.5 g/L CTS-Ag(100)在紫外波长下光照3.0 h后总氰化物、铜和锌的降解效率可分别达98.00%,99.41%和98.44%。Ag2O的引入显著提高了CTS-Ag对氰化物的降解能力。基于复合材料中Ti O2的光催化氧化和功能性Ag2O的协同作用,阐明了游离氰化物和铜/锌氰化物的降解机理。
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