旋轉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，提出了基于旋轉磁場強化的光磁耦合多效廢水處理技術。這種新型的廢水處理技術是磁場作用和光催化作用的有機結合，在光磁耦合的過程中，外加旋轉磁場能夠增加光催化反應過程中產生的羥基自由基數(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。旋轉磁場與光催化反應耦合，能夠充分有效地降解廢水中的有機污染物。光磁耦合反應均不產生二次污染，是一項高效地，清潔廢水處理技術而且以磁鐵作為磁場產生來源，能夠節(jié)約能源。
　　本研究主要開展了三方面的工作:其一，設計開發(fā)了新型的旋轉磁場光磁耦合廢水處理反應器;其二，設計制備

3、了適用于該反應器的一種新型磁性光催化劑;第三，利用上述開發(fā)的新型反應器和磁性光催化劑對亞甲基藍廢水進行了試驗研究，驗證了反應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的理論，設計開發(fā)出一種旋轉磁場光磁耦合廢水處理裝置，并對光反應器內部的流場進行模擬分析，結果表明轉速為0.2 rad/s時，流體流速偏低，沒有實際應用意義;轉速為0.5，1rad/s時，各有優(yōu)勢。在轉速為0.5 rad/s時

4、，反應器內的流體流動主要是軸向流，并在整個反應器內循環(huán)流動，但紊動動能弱;而在轉速為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體光催化劑ZnO的復合

5、磁性納米光催化劑。通過XRD和TEM等測試技術對樣品進行了表征，結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，發(fā)現(xiàn)其具有良好的可磁分離性質，而且重復使用3次后還能保持較高的光催化活性。
　　利用上述開發(fā)的反應器和催化劑，研究了磁場強度、磁場轉速、反應時間和催化劑投加量對亞甲基