纳米TiO2光催化颗粒材料的制备及对造纸废水的处理研究

论文摘要

随着纳米材料制备与应用基础研究的深入,纳米催化剂的研究近年来受到广泛关注。纳米TiO2光催化剂作为一种新型环保材料是废水处理中研究的热点。但悬浮态TiO2极易团聚,存在回收困难等问题,因此,对负载型纳米TiO2的研发是影响工业化应用的关键。造纸中段废水水量大、浓度高、颜色深、污染物种类多,且回收价值低,处理难度大。传统的处理方法容易引入某些杂质离子,造成二次污染,难以满足水质排放要求。而不少研究证明光催化氧化法处理造纸废水取得了令人满意的效果。同时,采用低品位的矿物原料制备新型环境材料是矿产资源高效利用的重要途径,有利于节约资源、保护环境和可持续发展。本文利用纳米TiO2的光催化作用,通过矿物负载,同时进行造粒研究,使其具备较高的吸附和光催化活性,解决粉状材料回收困难的问题,并进一步研究其回收利用率。结果表明:负载材料累托石与粉煤灰的配比是影响颗粒材料光催化活性的主要因素,造粒过程加入适量膨润土有利于颗粒强度的提高。回收的颗粒经加热处理后,重复使用4次,仍具有很好的去除效果。废水处理过程中,采用絮凝——光催化氧化法联合对造纸废水进行处理,并对其处理造纸废水的动力学模型和反应机理作了简单探讨。研究表明:当硫酸铝投加量为8g/L,pH值6.5～8.5,颗粒材料用量0.12g/mL,流经2个反应柱,光照4.5h后,COD去除率和脱色率均可达80%以上,处理后的水符合国家造纸工业水污染物排放标准（GB3544-2001）的一级标准。处理过程中加入适量H2O2有利于COD的降低,缩短光照时间。且颗粒材料对造纸废水的吸附规律较好的符合Freundlich和Langmuir吸附等温模型,光降解反应为准一级反应。最后利用XRD、SEM等表征手段对所制光催化颗粒材料进行结构表征。SEM图谱显示回收的颗粒材料形貌结构清晰可见,没有出现模糊、微孔被堵的现象。说明颗粒在焙烧过程中烧结较好,耐冲击性强,遇水没有发生分散、粉化的现象。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 纳米材料研究现状
• 1.1.1 纳米催化剂的特点
• 2的制备方法'>1.1.2 纳米TiO₂的制备方法
• 1.1.3 提高纳米光催化剂的途径
• 1.1.4 纳米催化材料在环保和治理方面的应用现状
• 1.2 造纸废水的研究现状
• 1.2.1 造纸工业简述
• 1.2.2 造纸废水的组成与危害
• 1.2.3 造纸废水处理方法与新技术
• 1.3 粘土矿物与粉煤灰的概述与应用
• 1.3.1 累托石的结构分析与应用
• 1.3.2 膨润土的结构分析与应用
• 1.3.3 粉煤灰简介与应用
• 1.4 课题研究构想与内容
• 1.4.1 研究目的
• 1.4.2 研究意义
• 1.4.3 研究内容
• 第2章 实验部分
• 2.1 实验仪器、药品和材料
• 2.1.1 实验仪器
• 2.1.2 实验药品
• 2.1.3 实验材料
• 2.2 水处理实验分析方法及步骤
• 2.2.1 分析方法
• 2.2.2 实验步骤
• 2.3 材料表征手段
• 2.3.1 X射线衍射分析法
• 2.3.2 扫描电子显微镜（SEM）分析法
• 2.3.3 抗压强度的测试
• 第3章 光催化颗粒材料制备工艺的探索及制备过程中各影响因素的研究
• 3.1 材料制备原理及实验装置图
• 2薄膜的制备原理'>3.1.1 纳米TiO₂薄膜的制备原理
• 3.1.2 材料制备装置图
• 3.2 光催化颗粒材料制备工艺的探索
• 3.2.1 试验方案的选择
• 3.2.2 发泡剂的选择
• 3.2.3 焙烧条件的确定
• 3.3 光催化颗粒材料制备过程中各影响因素的研究
• 3.3.1 累托石/粉煤灰配比对废水脱色率的影响
• 3.3.2 膨润土含量对脱色率的影响
• 2对废水脱色率的影响'>3.3.3 纳米TiO₂对废水脱色率的影响
• 3.3.4 淀粉对废水脱色率的影响
• 3.3.5 催化剂热处理对光催化性能的影响
• 3.4 正交试验结果与讨论
• 3.5 光催化颗粒材料的表征
• 3.5.1 颗粒材料XRD表征
• 3.5.2 颗粒材料断面形貌SEM分析
• 3.6 本章小结
• 2光催化颗粒材料处理造纸废水各影响因素的研究'>第4章 纳米TiO₂光催化颗粒材料处理造纸废水各影响因素的研究
• 4.1 絮凝沉降法对造纸废水的初步处理研究
• 4.1.1 硫酸铝的投加量对废水COD去除率的影响
• 4.1.2 废水pH值对COD去除率的影响
• 4.2 光催化氧化法对造纸废水的处理研究
• 4.2.1 颗粒材料投加量对光降解性能的影响
• 4.2.2 光照时间对光降解性能的影响
• 4.2.3 水的连续处理
• 4.2.4 颗粒材料的回收与利用
• 4.3 废水量的扩大对光降解率的影响
• 2O₂对光降解性能的影响研究'>4.4 外加H₂O₂对光降解性能的影响研究
• 2O₂的加入量对光降解率的影响'>4.4.1 H₂O₂的加入量对光降解率的影响
• 4.4.2 光照时间对光降解率的影响
• 4.5 颗粒材料断面SEM分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 光催化颗粒材料处理造纸废水的动力学模型
• 5.1 光降解动力学理论分析
• 5.1.1 理论分析
• 5.1.2 吸附模型
• 5.2 光催化颗粒材料对造纸废水的吸附行为研究
• 5.2.1 等温吸附曲线
• 5.2.2 吸附模型的拟合
• 5.3 光降解动力学研究
• 5.4 光催化机理初探
• 5.5 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 前景展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录: 攻读硕士学位期间发表论文