光催化降解水质净化装置的设计与性能研究

论文摘要

本文设计了一种小型光催化降解反应装置,以用于饮用水的净化。对饮用水中有害物质（苯酚、三氯甲烷、亚硝酸钠）的去除及细菌杀灭等方面的性能进行了研究。 装置以20w紫外线灯管为光源,以活性炭-岩棉为载体的TiO2为光降解催化剂。 通过静态和动态实验,对所制备的纳米粉体TiO2和载体TiO2催化剂的光催化降解性能进行了考察。 岩棉、活性炭对苯酚的吸附作用,能明显提高苯酚的降解速率;催化剂用量、苯酚的初始浓度、流速对其降解速率有影响;溶解氧DO及H2O2均有利于苯酚的降解。含苯酚1.0mg/L溶液（含H2O2150 mg/L,流速5mL/min）、含苯酚0.02 mg/L的水（流速100mL/min）经处理后,出水苯酚含量低于0.002 mg/L。 三氯甲烷在光催化降解时,随其浓度逐渐降低而氯离子浓度增加,表明三氯甲烷被彻底降解为无机物;载体催化剂比粉体TiO2的催化活性高;少量H2O2可提高降解速率。含三氯甲烷0.44mg/L的水（流速100mL/min）经处理后,出水三氯甲烷含量低于0.06mg/L。 亚硝酸钠光催化分解时,亚硝态氮转化为硝态氮和氨态氮,总化合态氮量有所降低,表明有部分分解为氮气;加入尿素可使亚硝酸钠降解更为彻底。1.0mg/L亚硝酸钠溶液（含尿素4.4μg/L）在120mL/min流速处理时,出水亚硝酸钠含量低于0.1mg/L。 在岩棉对细菌的吸附和过滤截留、紫外线杀菌及TiO2光催化杀菌的协同作用下,当流速为100 mL/min时,出水中细菌总数为86个/mL、总大肠菌群为3个/L,达到了生活饮用水水质标准中的细菌学指标。 反应装置以100mL/min的速度处理含有0.02mg/L苯酚、0.44mg/L三氯甲烷、1.0mg/L亚硝酸钠的模拟微污染水,出水中三种目标污染物的含量全部达到生活饮用水标准。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 饮用水深度处理技术现状
• 1.2 饮用水杀菌及有害物质消除的研究概况
• 1.3 光催化氧化技术实用化研究进展
• 1.4 本文所做的工作
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验仪器与试剂
• 2.1.1 实验仪器与装置
• 2.1.2 实验试剂
• 2.2 实验测定方法
• 2.3 光催化降解实验
• 2.3.1 静态实验
• 2.3.2 动态实验
• 2.4 杀菌实验
• 第三章 光催化降解反应装置的设计
• 3.1 反应装置的设计
• 3.1.1 光源的选择
• 3.1.2 反应装置的结构及尺寸
• 3.2 载体二氧化钦催化剂的制备与表征
• 3.2.1 催化剂的制备
• 3.2.2 催化剂的 XRD表征
• 3.3 反应装置的安装
• 本章小结
• 第四章 有害物质的降解与去除
• 4.1 苯酚的降解
• 4.1.1 空白和对照实验
• 4.1.2 降解体系的紫外吸收光谱
• 4.1.3 总有机碳（TOC）含量分析
• 4.1.4 初始浓度的影响
• 4.1.5 催化剂的吸附性能
• 4.1.6 催化剂的催化性能
• 4.1.7 催化剂用量的影响
• 2和 H₂O₂对降解率的影响'>4.1.8 O₂和 H₂O₂对降解率的影响
• 4.1.9 流速对降解率的影响
• 4.1.10 反应装置降解苯酚的性能考察
• 4.2 三氯甲烷的降解
• 4.2.1 光降解及光催化降解
• 4.2.2 三氯甲烷降解机理分析
• 4.2.3 负载型催化剂的降解效果
• 4.2.4 催化剂用量的影响
• 2O₂的影响'>4.2.5 氧化剂 H₂O₂的影响
• 4.2.6 反应装置降解三氯甲烷的性能考察
• 4.3 亚硝酸钠的降解
• 4.3.1 空白和对照实验
• 4.3.2 催化剂用量的影响
• 4.3.3 初始浓度的影响
• 4.3.4 “三氮”浓度的变化
• 4.3.5 尿素对降解率的影响
• 4.3.6 反应装置降解亚硝酸钠的性能考察
• 4.4 微污染水的净化试验
• 本章小结
• 第五章 细菌的杀灭
• 5.1 杀菌机理
• 5.2 材料准备与水样采集
• 5.2.1 培养基
• 5.2.2 水样的采集与处理、稀释
• 5.3 细菌的测定方法
• 5.3.1 细菌总数的测定方法（平皿计数法）
• 5.3.2 总大肠菌群的测定方法（多管发酵法）
• 5.4 光催化反应装置杀菌的性能考察
• 5.4.1 原始水样细菌数的测定
• 5.4.2 反应装置流速的确定
• 5.4.3 反应装置杀菌的性能考察
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢