MF/US强化紫外光光催化技术的开发

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光催化技术作为一种绿色环保的新技术受到了广泛关注,并被运用于能源制造及环境治理领域。该技术在污染物处理方面具有反应条件温和、有机物矿化效率高、催化剂安全可靠等优点。但该技术仍然存在诸多缺陷,如粉体催化剂在光催化反应中易发生团聚、催化剂与污染物质的传质速率较低、光生电子与光生空穴易复合、光催化降解速率较慢等。基于这些存在的问题,本文开发了一种新型光催化技术:MF/US强化紫外光光催化技术。在该技术的基础上开发了一种适用于该技术的光催化剂,使用单因素试验、正交试验和响应曲面法揭示了MF/US强化紫外光光催化技术与单一UV、单一US、US/UV、MF/UV对于亚甲基蓝处理效果的最佳参数及各影响因素之间的交互作用,进而确定了MF/US强化紫外光光催化技术对于亚甲基蓝处理效果的最佳试验参数,为该技术处理印染废水提供了理论依据。本文的主要结论如下:(1)MF/US强化紫外光光催化体系催化剂的筛选制备了新型的Ag-Cu/TiO2催化剂,并以亚甲基蓝模拟印染废水为靶污染物,对比分析了其与传统的非磁性光催化剂纯TiO2、Ag/TiO2、Cu/TiO2在单一UV、MF/UV、US/UV下对于亚甲基蓝废水的处理效果。发现Ag-Cu/TiO2不仅在单一紫外辐照下显示最高的光催化活性,其磁助光催化效果较其它非磁性光催化剂亦更为明显。除此以外,本文还研究了不同离子掺杂量、不同煅烧温度、不同煅烧时长下Ag-Cu/TiO2在单一UV、MF/UV、US/UV下对于模拟废水的处理效果。发现Ag-Cu/TiO2(0.1mol%Ag-0.02mol%Cu)(550℃煅烧,煅烧3h)在MF/UV下对亚甲基蓝有着最高的去除效率。表征发现,Ag、Cu的掺杂使得Ag-Cu/TiO2中锐钛矿相TiO2的稳定性得到提升,证实该催化剂是纳米级的,并形成了较好的均匀的致密结构。(2)MF/US强化紫外光光催化体系的构建及其效能分析以Ag-Cu/TiO2(0.1mol%Ag-0.02mol%Cu)(550℃煅烧,煅烧3h)为光催化剂,利用构建的试验体系,对比研究了单一UV及单一US系统,以及复合的US/UV、MF/UV系统和开发的MF/US强化紫外光光催化系统对于亚甲基蓝废水的处理效果及各因素之间的交互作用。研究结果显示,本研究开发的MF/US强化紫外光光催化技术和单一UV、单一US、US/UV以及MF/UV相比对污染物的去除效果具有明显的提升,证实了本技术的优势所在;同时还发现US/UV中紫外功率与超声功率、紫外功率与超声频率之间具有显著的交互作用。(3)MF/US强化紫外光光催化体系工艺参数的优化以Ag-Cu/TiO2(0.1mol%Ag-0.02mol%Cu)(550℃煅烧,煅烧3h)为光催化剂进行MF/US强化紫外光光催化降解亚甲基蓝溶液的工艺参数优化,以超声功率、超声频率、紫外功率、反应温度、转速、磁场强度进行6因素3水平的正交试验。正交试验结果显示,超声频率与紫外功率、超声功率与紫外功率、超声频率和转速、超声频率和反应温度等因素之间有较为显著的交互作用。当超声功率为500W、超声频率为40KHz、紫外功率为100W、转速为400r/min、磁场强度为2mT、反应温度为40℃、pH值为13、催化剂投加量为1g/L时该新技术对于浓度为200mg/L的亚甲基蓝溶液3h的COD去除率为91.27%。
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