復(fù)合納米TiO2光催化劑制備及光催化降解海產(chǎn)品深加工廢水.pdf

1、隨著海產(chǎn)品深加工行業(yè)的不斷發(fā)展，海洋環(huán)境和其他排水區(qū)環(huán)境的惡化等問題經(jīng)常發(fā)生，此外深加工所產(chǎn)生的大量廢水排入大海，增加了廢水處理的難度和處理成本。如何控制污染源，保證海產(chǎn)品深加工行業(yè)的健康發(fā)展，已經(jīng)成為了迫切需要解決的重大問題。
　　本論文通過對(duì)納米TiO2光催化材料進(jìn)行錫、鋰摻雜改性，制備了Sn4+-TiO2、Li+-TiO2以及負(fù)載型Li+-TiO2復(fù)合光催化劑。全面考察了光催化氧化海產(chǎn)品深加工廢水中的氨氮和COD降解能力的因

2、素以及催化劑催化性能，并將其應(yīng)用于海產(chǎn)品深加工廢水污染的處理中，取得了良好的效果。確定了Sn4+-TiO2、Li+-TiO2以及負(fù)載型Li+-TiO2光催化降解海產(chǎn)品深加工廢水污染的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件，并對(duì)光催化降解的動(dòng)力學(xué)反應(yīng)過程進(jìn)行了研究，本論文的主要成果如下：
　　(1)采用溶膠-凝膠法制備納米TiO2光催化劑，用XRD、SEM等測(cè)試手段對(duì)催化劑的晶型、粒徑、形貌等進(jìn)行了表征。探討了在紫外光照射下進(jìn)行光催化氧化海產(chǎn)品深加工廢水中氨

3、氮和COD的研究，考察了催化劑添加量、溶液pH、氨氮初始濃度、COD初始濃度、光照時(shí)間等因素對(duì)模擬海產(chǎn)品深加工廢水中高濃度氨氮和COD降解率的影響。正交實(shí)驗(yàn)表明：納米TiO2光催化劑能有效催化降解海產(chǎn)品深加工廢水中的氨氮和COD等污染物，其優(yōu)化處理?xiàng)l件為：納米TiO2用量為0.9g/L、氨氮初始濃度80 mg/L、COD初始濃度300mg/L、溶液pH為9、紫外光照射3h，在此優(yōu)化工藝條件下，氨氮和COD的降解率分別可達(dá)69.76％和7

4、3.33%。
　　(2)從解決問題出發(fā)，采用優(yōu)化的溶膠-凝膠法制備摻雜錫的納米TiO2光催化劑。用XRD、SEM表征光催化劑晶型、粒徑、形貌；實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：制得的納米Sn4+-TiO2光催化劑，粒徑尺寸分別是19.18nm、20.05nm、21.80nm、29.70nm?？疾炝藫诫s比、催化劑用量、氨氮初始濃度、COD初始濃度、pH值、以及過氧化氫體積濃度六個(gè)因素對(duì)光催化降解氨氮和COD過程的影響。通過正交實(shí)驗(yàn)確定優(yōu)化的條件為：廢水

5、中氨氮濃度為50mg/L，催化劑摻雜量為3%，COD初始濃度600mg/L，Sn4+-TiO2用量1.5g/L；H2O2體積分?jǐn)?shù)為3%；紫外光照時(shí)間為2小時(shí)；pH值為8時(shí)，氨氮和COD光催化氧化降解率分別達(dá)到86.45%和74.67%。
　　(3)利用溶膠-凝膠法制備出Li+-TiO2復(fù)合納米光催化劑，各個(gè)樣品在選定的Li摻雜量的范圍內(nèi)，摻Li+-TiO2光催化劑樣品依然成銳鈦礦型。所制備的不同催化劑粒徑范圍在15.6-52.4n

6、m。研究了Li+-TiO2復(fù)合納米光催化劑光催化降解海產(chǎn)品深加工廢水的能力及影響其降解能力的因素，確定了鋰摻雜納米TiO2光催化劑光催化降解海產(chǎn)品深加工廢水的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件。Li+-TiO2復(fù)合納米光催化劑光催化降解海產(chǎn)品深加工廢水效率高，鋰摻雜量、催化劑用量、pH值、氨氮初始濃度、COD初始濃度、以及H2O2溶液投加量六個(gè)因素影響光催化降解能力，在優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件下海產(chǎn)品深加工廢水中鋰摻雜量5%，氨氮初始濃度為80mg/L，COD初始濃度3

7、00mg/L，Li+-TiO2用量0.9g/L，H2O2體積分?jǐn)?shù)為5%，反應(yīng)時(shí)間為2小時(shí)，pH值為8時(shí)，氨氮和COD光催化氧化降解率分別達(dá)到81.50%和78.67%。
　　(4)研究了Sn4+-TiO2光催化氧化處理氨氮和COD的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，考察氨氮初始濃度、pH值、催化劑投加量以及H2O2溶液濃度對(duì)模擬海產(chǎn)品深加工廢水中氨氮和COD的降解效果，氨氮和COD的光催化氧化可用Langmuir-Hinshelwood方程來描述，光催

8、化氧化符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程。
　　(5)從治理環(huán)境污染出發(fā)，用偶聯(lián)劑法制備聚丙烯多面球負(fù)載型 Li+-TiO2光催化劑和活性炭負(fù)載型Li+-TiO2光催化劑。將兩種負(fù)載型催化劑高效應(yīng)用于海產(chǎn)品深加工污染廢水的處理中。研究負(fù)載次數(shù)和重復(fù)使用次數(shù)等因素對(duì)催化降解海產(chǎn)品深加工廢水中氨氮和COD降解效果。聚丙烯多面球負(fù)載型納米Li+-TiO2光催化劑，負(fù)載次數(shù)是影響其光催化效果的主要因素，經(jīng)過負(fù)載3次后海產(chǎn)品深加工廢水中氨氮和COD光催化效

9、果顯著提高。結(jié)果表明：負(fù)載3次后，氨氮和COD光催化降解率分別為72.13%和65.67%。影響Li+-TiO2/AC催化劑光催化性能的關(guān)鍵因素是負(fù)載次數(shù)和煅燒溫度，在煅燒溫度為500℃，負(fù)載3次后，氨氮和COD的催化氧化效果良好。分別達(dá)到52.43%和36.61%。經(jīng)過負(fù)載4次后的負(fù)載型催化劑光催化活性顯著增高，氨氮和COD降解率分別達(dá)到75.48%和62.14%。比較兩種負(fù)載型催化劑光催化性能，可以確定出較好的載體為聚丙烯多面球。<

10、br>　　(6)考察了三種光催化劑分別在太陽光照射和紫外光照射下的光催化活性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：Li+-TiO2、Sn4+-TiO2光催化劑的催化活性均比未改性納米TiO2催化活性高。在太陽光照射6h后對(duì)光催化氧化海產(chǎn)品深加工廢水中氨氮和COD的降解率分別達(dá)89.14%和60.72%。由此可見，Li摻雜改性納米TiO2光催化活性明顯優(yōu)于Sn4+-TiO2和未改性納米TiO2。在紫外光照射下，Sn4+-TiO2光催化劑降解海產(chǎn)品廢水中氨氮和C