可见光光催化降解染料废水的研究

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染料废水因其水量大,浓度高,成分复杂,色度深,盐度高,毒性强,难生化降解等特点,属于难处理的工业废水,是目前人们研究的热点之一。随着工业的迅速发展,环境污染和能源危机问题变得日益严重。传统治理污染的方法普遍具有耗资大、彻底降解有机物困难等特点,因此从保护环境和节约能源的角度考虑,采用光催化氧化——这一绿色高效的高级氧化技术处理污水的研究越来越得到人们的关注。二氧化钛作为光催化剂,因其具有高稳定性、高效性、耐光腐蚀、无二次污染、物料廉价、易得以及具有较好的普适性等优点而成为国内外争相研究的热点。由于TiO2对光的吸收仅限于紫外光区,对于可见光或太阳的吸收利用率很低。金属离子掺杂能有效地组织电荷在转移过程中的复合,使其光催化活性提高,同时能扩展光谱响应范围,提高太阳能的利用率。利用太阳能进行污染物的处理研究,对于保护环境,维持生态平衡,实现可持续发展具有重要的意义。本文用溶胶-凝胶法制备了TiO2粉体,通过正交试验,讨论了不同制备条件(醇、乙酸、水、反应温度)对溶胶时间及效果的影响,从而得到制备纯TiO2粉体的最佳工艺条件,即各物料配比为n(C2H5OH):n(H20):n(CH3COOH): n[Ti(Bu04)]=10:5:0.5:1的条件下,温度控制在40℃左右,硝酸调节pH在2-3时,其凝胶时间最短且效果最好。为了提高Ti02催化剂可见光下的光催化性能,本实验向溶胶中分别加入不同离子(La3+.Sn4+.Ni2+.Ce3+),来研究其对TiO2光催化性能的影响。结果表明,加入适量的金属离子可以提高Ti02的可见光光催化性能,La3+的加入提高程度最大、Sn4+第二、Ni2+第三、Ce3+最低。当La3+离子掺杂浓度为0.1%时,Ti02催化剂的活性最好,其对甲基橙的最高降解率达到89.9%,是纯TiO2催化剂的1.7倍。同时文章探讨了金属离子掺杂Ti02粉体提高可见光催化活性的机理。采用甲基橙溶液作为模拟染料废水,研究了La3+离子掺杂Ti02催化剂在可将光下降解废水的最佳工艺条件。结果表明:当La3+离子掺杂量为0.1%,煅烧温度为500℃,甲基橙废水的pH=5,催化剂用量为1g/L,染料的初始浓度为5mg/L,反应时间3小时后,其光催化性能最佳。研究了在太阳光条件下,La3+/TiO2催化剂处理实际染料生产废水的实际运用条件。考察了天气情况的不同、催化剂浓度的不同以及废水pH的不同对实际染料生产废水降解效果的影响。结果显示:在晴天正午时的降解效果是最好的,并且La3+/TiO2催化剂的浓度为2g/L,实际染料生产废水的pH=3时,COD降解率最高。
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