旋轉(zhuǎn)磁場光磁耦合廢水處理裝置的開發(fā)和研究.pdf

1、本課題根據(jù)目前光催化反應(yīng)器裝置在廢水處理中存在的問題，包括磁場作用和光催化反應(yīng)的現(xiàn)狀以及現(xiàn)有光磁耦合廢水處理裝置存在的不足，提出了基于旋轉(zhuǎn)磁場強化的光磁耦合多效廢水處理技術(shù)。這種新型的廢水處理技術(shù)是磁場作用和光催化作用的有機結(jié)合，在光磁耦合的過程中，外加旋轉(zhuǎn)磁場能夠增加光催化反應(yīng)過程中產(chǎn)生的羥基自由基數(shù)量，并且能夠延長其存在時間，而且減慢羥基自由基從三重態(tài)向單重態(tài)躍遷過程，而且磁場旋轉(zhuǎn)時能夠促進光催化劑在廢水中的均勻分散和對光的充分利用

2、，這些作用能夠大大提高廢水中的羥基自由基數(shù)量和光催化劑活性，從而提高光催化反應(yīng)的速率。順磁性光催化劑在一定強度的磁場中能夠有序的排列，有利于其在廢水溶液中均勻分散。旋轉(zhuǎn)磁場與光催化反應(yīng)耦合，能夠充分有效地降解廢水中的有機污染物。光磁耦合反應(yīng)均不產(chǎn)生二次污染，是一項高效地，清潔廢水處理技術(shù)而且以磁鐵作為磁場產(chǎn)生來源，能夠節(jié)約能源。
　　本研究主要開展了三方面的工作:其一，設(shè)計開發(fā)了新型的旋轉(zhuǎn)磁場光磁耦合廢水處理反應(yīng)器;其二，設(shè)計制備

3、了適用于該反應(yīng)器的一種新型磁性光催化劑;第三，利用上述開發(fā)的新型反應(yīng)器和磁性光催化劑對亞甲基藍(lán)廢水進行了試驗研究，驗證了反應(yīng)器的運行效果和催化劑的催化性能。取得的主要研究成果如下:
　　根據(jù)磁場作用和光催化反應(yīng)的理論，設(shè)計開發(fā)出一種旋轉(zhuǎn)磁場光磁耦合廢水處理裝置，并對光反應(yīng)器內(nèi)部的流場進行模擬分析，結(jié)果表明轉(zhuǎn)速為0.2 rad/s時，流體流速偏低，沒有實際應(yīng)用意義;轉(zhuǎn)速為0.5，1rad/s時，各有優(yōu)勢。在轉(zhuǎn)速為0.5 rad/s時

4、，反應(yīng)器內(nèi)的流體流動主要是軸向流，并在整個反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)流動，但紊動動能弱;而在轉(zhuǎn)速為1 rad/s時，流速較大，分布比較均勻，但流體以渦旋方式流動，不利于廢水的處理。
　　本研究制備了一種新型的磁性納米光催化劑ZnO/Ni0.3Zn0.7Fe2O4顆粒，并研究其磁分離性能和光催化活性。光催化劑ZnO/Ni0.3Zn0.7Fe2O4顆粒是以順磁性材料鎳鋅鐵氧體為磁核，再在其表面通過均相沉淀法在其表面包裹一層半導(dǎo)體光催化劑ZnO的復(fù)合

5、磁性納米光催化劑。通過XRD和TEM等測試技術(shù)對樣品進行了表征，結(jié)果表明成功制備了形狀規(guī)則的柱型納米光催化劑顆粒。通過光催化對比實驗，發(fā)現(xiàn)制備的磁性納米光催化劑比普通的ZnO材料有著更高的光催化活性，對亞甲基藍(lán)溶液的降解率為82％。通過研究磁性光催化劑在磁場下的反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)其具有良好的可磁分離性質(zhì)，而且重復(fù)使用3次后還能保持較高的光催化活性。
　　利用上述開發(fā)的反應(yīng)器和催化劑，研究了磁場強度、磁場轉(zhuǎn)速、反應(yīng)時間和催化劑投加量對亞甲基