TiO2/CB-FC的制备及其富集降解BTEX的研究

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随着我国化工行业的快速发展,苯系物(BTEX)泄漏事故频发,产生大量污染废水,若不能做安全彻底的无害化处理,将存在很强的环境安全隐患。本课题将吸附技术和光催化技术结合,制备一种富集降解双功能的复合材料,快速吸附水体中的BTEX,有效遏制有毒气体的生成与传输,解决泄漏事故的环境安全隐患。本课题以稻壳炭为碳质前驱体、淀粉为粘结剂,聚氨酯泡沫为模板,采用模板法制备出泡沫碳材料;以泡沫碳和葡萄糖原料,采用生物质水热法制备碳球-泡沫碳(CB-FC)材料;以钛酸四丁酯为钛源,CB-FC为碳源,采用溶胶凝胶-水热法制备TiO2和TiO2/CB-FC复合材料;以钛酸四丁酯为钛源,CB-FC为碳源,采用机械混合的方法制备TiO2-(CB-FC)复合材料。采用SEM、XRD、FT-IR、BET和堆密度的测定表征复合材料的微观形貌、晶相结构、官能团结构、比表面积和分离特征,以水相中苯和甲苯的去除测试材料的吸附性能和降解性能,并分别对CB-FC的吸附机理和TiO2/CB-FC的降解机理进行阐述,具体研究内容如下:采用生物质水热法制备CB-FC材料,试验研究结果表明:(1)泡沫碳具有发达的孔洞结构,水热处理后的葡萄糖所生成的碳球主要集中在泡沫碳表面及大孔孔洞处,碳球平均尺寸2~3μm,且没有出现团簇现象;(2)XRD表明CB-FC材料为无定形碳,碳球并不影响泡沫碳的晶型结构;(3)碳球-泡沫碳以中孔和微孔为主,碳球的存在增大了微孔的比表面积,减少了大孔的比表面积;(4)碳球-泡沫碳复合材料对苯和甲苯的水溶液单位质量吸附容量提高了 25%、40%左右,起到了富集的作用。采用溶胶凝胶-水热法制备TiO2和TiO2/CB-FC复合材料,试验研究结果表明:(1)采用溶胶凝胶-水热法制备的TiO2和TiO2/CB-FC主要为锐钛矿型TiO2,平均晶粒尺寸为10.05nm,CB-FC的添加并不影响TiO2晶型结构和微晶尺寸;(2)在TiO2与CB-FC的接触界面有Ti-O-C键的形成,且随着FC-CB的添加量的增加,结合更牢固;(3)经过3h紫外光辐照,各复合材料对苯和甲苯的去除速率依次为TiO2/10%(CB-FC) >P25>TiO2/25%(CB-FC) >TiO2/5%(CB-FC) >TiO2, TiO2/10%(CB-FC)对苯和甲苯的降解率达到了 90%、95%,降解效果优于P25, TiO2/10%(CB-FC)的高活性、易分离、可重复使用的特性,使其在废水处理方面具有很大的潜在应用价值。采用机械混合的方法制备TiO2-(CB-FC)复合材料,试验研究结果表明:(1)TiO2-10%(CB-FC)为锐钛矿型TiO2; (2) TiO2和CB-FC的接触界面没有Ti-O-C键的形成,两者之间是物理结合。(3)经过3h紫外光辐照,采用机械混合的方法制备的TiO2-10%(CB-FC)复合材料对苯和甲苯的去除率不如采用溶胶凝胶-水热法制备的TiO2/10%(CB-FC)。
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