光(電)化學轉(zhuǎn)盤工藝的環(huán)境應用基礎(chǔ)研究.pdf

1、旋轉(zhuǎn)光（電）化學轉(zhuǎn)盤工藝作為一種新穎、應用前景廣闊的水污染控制技術(shù)，受到越來越多的重視和研究。本論文以旋轉(zhuǎn)光（電）催化反應器作為研究目標，將分別建立在具有不同微觀納米結(jié)構(gòu)和材料特性的功能性二氧化鈦光催化劑基礎(chǔ)上的光催化氧化技術(shù)與電化學氧化技術(shù)進行有機耦合。從技術(shù)原理上而言，旋轉(zhuǎn)光（電）化學轉(zhuǎn)盤工藝實際上是在功能性二氧化鈦旋轉(zhuǎn)光催化電極上將傳統(tǒng)主相型光催化氧化技術(shù)、光學特性優(yōu)良的新型薄膜光催化氧化技術(shù)和電學性質(zhì)優(yōu)良的電催化氧化技術(shù)三者進行

2、有機耦合，而所耦合的三種不同的催化氧化過程在整個耦合降解/消解體系中具有完全不同的作用和意義。同時，以有機污染底物染料甲基橙、羅丹明B以及化學需氧量（chemical oxygen demand, COD）待測水樣（包括模擬水樣和實際水樣兩大類）作為研究對象，重點研究新型光（電）化學轉(zhuǎn)盤工藝的耦合工藝特性以及影響耦合工藝特性的主要試驗參數(shù)，在確定最佳實驗工況的基礎(chǔ)上對污染物的去除效果和去除規(guī)律以及COD檢測效果和檢測規(guī)律進行動力學研究和

3、機理分析。
　　 本論文主要研究結(jié)論：
　　 ①具有良好表觀形貌和結(jié)構(gòu)特征、微觀納米結(jié)構(gòu)均一性高、排列整齊的二氧化鈦納米管陣列薄膜在有效陽極氧化面積為38cm2的金屬鈦基體上被成功制備，所制備的功能性光催化劑具有良好的光學、電學、光電化學和光電催化特性，并可作為耦合旋轉(zhuǎn)光化學轉(zhuǎn)盤應用于旋轉(zhuǎn)光（電）化學轉(zhuǎn)盤工藝中；
　　 ②與以微觀納米結(jié)構(gòu)均一性差、排列不整齊的二氧化鈦納米顆粒薄膜光電極(0DTNP/Ti)為基礎(chǔ)的

4、耦合光電催化反應體系相比，以微觀納米結(jié)構(gòu)均一性高、排列整齊的二氧化鈦納米管陣列薄膜光電極(1D TNT/Ti)為基礎(chǔ)的耦合光電催化反應體系對目標污染底物的光電催化去除效果更好（在不同污染底物初始濃度下甲基橙去除凈增長率為7.6％-32.3%）：
　　 ③在以微觀納米結(jié)構(gòu)均一性高、排列整齊的1DTNT/Ti納米光電極為基礎(chǔ)的耦合光電催化反應體系對目標污染底物甲基橙的耦合光電催化去除過程具有良好的穩(wěn)定性和可重復性，同一個光催化劑重復

5、利用10次之后其光催化降解速率常數(shù)的變化幅度小于10%;相反地，甲基橙在以微觀納米結(jié)構(gòu)均一性差、排列不整齊的0D TNP/Ti納米光電極為基礎(chǔ)耦合光電催化體系的降解過程可重復性較差，同一個光催化劑重復利用10次之后其光催化降解速率常數(shù)的變化幅度大于30%;
　　 ④在完全相同的實驗條件下，與以0D TNP/Ti為基礎(chǔ)的降解體系相比，以1DTNT/Ti為基礎(chǔ)的降解體系具有相對更好的光催化活性和污染底物去除效率；在不同污染底物初始濃

6、度下，羅丹明B降解效率高出25-40%。以1D TNT/Ti為基礎(chǔ)的降解體系具有相對較大的環(huán)境應用潛能，這主要是由1D TNT/Ti功能性光催化劑優(yōu)良的UV光子利用效率、較高的光生載流子的量子效率以及光生電子空穴對優(yōu)良的分離、轉(zhuǎn)移和利用效率共同所致；
　　 ⑤耦合光電催化消解體系具有良好的COD分析檢測快速性、精確性、重現(xiàn)性和可靠性，在5-110min的檢測周期內(nèi)所獲得的檢測范圍達到11500mg L-1，在30天檢測時長內(nèi)具有