聚合十三铝混凝与纳米二氧化铈光催化氧化联用处理微污染水的研究

论文摘要

随着环境污染的加剧，饮用水源水中有机物含量越来越高，其中有毒有机物和氯化消毒工艺产生的消毒副产物对人们的健康造成了严重威胁。由于饮用水的常规处理工艺不但不能有效地去除水中有机物，而且氯化过程本身还导致了水中消毒副产物的形成。因此需要开发出新型饮用水处理工艺以去除饮用水源水中有机物，从而降低饮用水中有毒有机物的含量，同时减少消毒副产物的产生。 本实验对以聚合十三铝混凝去除饮用水源水中有机物的机理和惰性电极电解法合成具有高絮凝性能Al13的机理进行了研究，并快速合成出Al13占总铝92.6％的溶液，成功解决了电解过程中聚合十三铝沉积在阴极表面而导致的电极钝化的问题。 本实验还研制了新型光催化剂—纳米CeO2晶体。并用离子交换法合成出高纯度、高比表面积、高晶格缺陷的纳米CeO2晶体。与纳米TiO2晶体相比，该纳米CeO2晶体的光吸收阈值和光吸收效率均较高、且吸附氧量较大及吸附氧的脱附较容易，从而证明其具有良好的光催化性能。 本文还对以聚合十三铝为混凝剂的强化混凝和以纳米二氧化铈晶体为光催化剂的光催化去除饮用水源水中有机物的工艺条件进行了研究。将属于地表水Ⅳ～Ⅴ类水体的微污染水(TOC为36.2mg·L-1)用高含量的聚合十三铝混凝处理后，再用高光催化活性的纳米二氧化铈粉体对其进行光催化降解，能使其中有机物含量降低至2.6mg/L，并且该工艺组合也具有较好得杀菌性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 水源的污染现状
• 1.2 饮用水水质标准
• 1.2.1 国际上饮用水水质标准
• 1.2.2 我国饮用水水质标准
• 1.3 常规饮用水处理工艺的缺陷
• 1.4 微污染饮用水源水的深度处理或预处理技术进展
• 1.4.1 活性炭吸附
• 1.4.2 化学氧化法
• 1.4.3 生物预处理
• 1.4.4 膜技术
• 1.4.5 强化混凝
• 1.4.6 光催化氧化
• 1.4.7 强化混凝工艺和光催化氧化工艺联用处理微污染水
• 1.5 本论文的研究内容和技术路线
• 1.5.1 本研究包括主要内容
• 1.5.2 技术路线
• 2 聚合十三铝的混凝机理及合成工艺研究
• 2.1 实验仪器与设备
• 2.2 分析方法
• 2.2.1 铝形态分析方法
• 2.2.2 碱化度（B）的测定
• 2.3 聚合十三铝混凝的作用机理
• 2.4 聚合十三铝的制备工艺研究
• 2.4.1 聚合氯化铝的研究现况
• 2.4.2 聚合十三铝的电解法制备
• 2.4.2.1 电解装置
• 13的反应机理研究'>2.4.2.2 惰性电极电解法制备Al₁₃的反应机理研究
• 2.4.2.3 电极互换频率对电解所需时间的影响
• 13的影响因素'>2.4.2.4 惰性电极电解法制备Al₁₃的影响因素
• 13最佳工艺条件'>2.4.2.5 惰性电极电解法制备Al₁₃最佳工艺条件
• 2.5 聚合十三铝的稳定性能
• 2.5.1 pH值对聚合十三铝的稳定性能的影响
• 2.5.2 稀释倍数对聚合十三铝的稳定性能的影响
• 2.5.3 小结
• 3 纳米二氧化铈的光催化机理研究
• 3.1 纳米半导体材料的光催化特性
• 3.1.1 纳米粒子的性质
• 3.1.2 纳米半导体材料的光学特性
• 3.2 纳米二氧化铈的光催化反应机理
• 3.2.1 纳米二氧化铈的光吸收性能
• 3.2.2 纳米二氧化铈吸附氧气的性能
• 3.2.3 纳米二氧化铈吸附氧的脱附性能
• 3.2.4 二氧化钛和二氧化铈的光催化性能
• 3.3 纳米二氧化铈光催化活性的影响因素
• 3.3.1 晶体结构的影响
• 3.3.2 表面积的影响
• 3.3.3 粒径的影响
• 3.3.4 吸附氧量及其脱附性能的影响
• 3.4 提高纳米二氧化铈光催化活性的方法
• 4 高光催化活性的纳米二氧化铈的合成工艺研究
• 4.1 实验仪器与设备
• 4.2 纳米二氧化铈的表征
• 4.3 晶体二氧化铈的制备方法
• 4.3.1 固相法
• 4.3.2 液相法
• 4.4 晶体二氧化铈悬浮液的制备方法研究
• 4.4.1 双氧水直接氧化法制备晶体二氧化铈悬浮液
• 4.4.2 氢氧化钠沉淀-双氧水氧化法制备晶体二氧化铈悬浮液
• 4.4.3 离子交换法制备晶体二氧化铈悬浮液
• 4.4.3.1 离子交换法制备晶体二氧化铈悬浮液的原理
• 4.4.3.2 离子交换法制备晶体二氧化铈悬浮液的影响因素
• 4.4.3.3 离子交换法合成纳米二氧化铈晶体的悬浮液的最佳工艺条件
• 4.5 制备方法的优选
• 4.5.1 不同方法制备的二氧化铈粒径对比
• 4.5.2 不同方法制备的二氧化铈纯度对比
• 4.5.3 不同方法制备的二氧化铈催化性能
• 4.5.4 小结
• 4.6 高光催化活性的纳米二氧化铈粉体制备研究
• 4.6.1 真空干燥对粉体及晶体粒径的影响
• 4.6.2 焙烧温度晶格缺陷、晶体粒径和光催化性能的影响
• 4.6.3 焙烧时间对晶体粒径的影响
• 4.6.4 真空煅烧的影响
• 4.6.4.1 真空煅烧对粒径、比表面积和晶格缺陷的影响
• 4.6.4.2 真空煅烧对光吸收性能的影响
• 4.6.4.3 真空煅烧对二氧化铈吸附氧气的性能的影响
• 4.6.4.4 真空煅烧对二氧化铈吸附氧的脱附性能的影响
• 4.6.4.5 光催化活性的测定
• 4.6.5 合成高光催化活性的纳米二氧化铈粉体的最佳工艺条件
• 5 组合工艺处理微污染水
• 5.1 实验原水及其分析方法
• 5.1.1 实验原水
• 5.1.2 测定方法
• 5.2 聚合十三铝混凝处理微污染水
• 5.2.1 实验药品与仪器
• 5.2.2 混凝实验
• 5.2.3 聚合十三铝混凝处理微污染水的影响因素
• 5.2.4 不同水处理药剂的絮凝性能及残留铝
• 5.3 纳米二氧化铈光催化氧化微污染水
• 5.3.1 实验药品与仪器
• 5.3.2 光催化氧化实验
• 5.3.3 纳米二氧化铈的光催化氧化微污染水
• 5.3.3.1 光催化氧化微污染水的影响因素
• 5.3.3.2 催化剂多次使用对降解率的影响
• 5.4 组合工艺的优选
• 5.4.1 不同工艺对有机物（TOC）去除实验
• 5.4.2 不同工艺的杀菌效果
• 5.5 组合工艺的经济分析
• 6 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 本论文的创新点
• 6.3 建议
• 致谢
• 参考文献
• 攻读博士期间发表论文
• 附录