玻璃纖維負(fù)載TiO2光催化填料的制備及應(yīng)用研究.pdf

1、TiO2光催化氧化技術(shù)以其氧化性強(qiáng)、催化效率高、對(duì)環(huán)境污染小且價(jià)格低廉等特點(diǎn)而成為一項(xiàng)環(huán)境友好技術(shù),在水和廢水處理方面有著極為廣闊的應(yīng)用潛力。本文針對(duì)傳統(tǒng)TiO2光催化技術(shù)中存在的系統(tǒng)復(fù)雜、光能利用率低等問題,將TiO2負(fù)載在玻璃纖維表面,從而制得玻璃纖維負(fù)載的TiO2光催化填料,通過對(duì)填料的表征,考察了填料的制備過程對(duì)填料性能的影響,在此基礎(chǔ)上,研究填料光催化氧化降解水中苯酚和水中致病菌同時(shí)滅活的性能。
　　通過浸漬-提拉技術(shù)將

2、溶膠-凝膠法制備的 TiO2溶膠負(fù)載到玻璃纖維表面,采用熱失重(TGA)測(cè)試、X射線衍射(XRD)掃描、SEM掃描、FTIR分析等現(xiàn)代測(cè)試分析技術(shù)對(duì)填料進(jìn)行表征,重點(diǎn)考察制備過程中低溫陳化、真空干燥過程對(duì)填料表面TiO2催化劑性能的影響。結(jié)果表明,低溫陳化、真空干燥過程能有效消除凝膠膜縮水時(shí)水分子融合而產(chǎn)生的孔洞,使凝膠表面光滑、致密從而提高催化劑活性,玻璃纖維表面催化劑層呈“筒”狀的分布,活性組分均勻地分布在載體表面,催化劑的晶型為銳

3、鈦礦與金紅石相的混合;TiO2與玻璃纖維能結(jié)合緊密,填料制備后表面即有羥基自由基(·OH)存在。最終制備550℃下負(fù)載三層膜填料的比表面積為0.1527m2/g, TiO2的負(fù)載量為52.116mg/g,晶粒的平均直徑為41.83nm。
　　本論文系統(tǒng)地研究了玻璃纖維負(fù)載 TiO2光催化填料氧化降解廢水中苯酚及其對(duì)水中致病菌的同時(shí)滅活性能。考察了在苯酚降解過程中pH、光源強(qiáng)度、反應(yīng)器內(nèi)上升水流、充氧量、苯酚的起始濃度、外加H2O2

4、等因素對(duì)苯酚降解的影響?？疾炝颂盍系墓獯呋灸芰跋竞笪⑸锏墓鈴?fù)活再生。最后考察了填料同時(shí)降解水中有機(jī)物及水中致病菌滅活雙重功效。得出以下主要結(jié)論:(1)當(dāng)pH為4.0左右時(shí),TiO2對(duì)水中苯酚的氧化降解和吸附率均較高。反應(yīng)器內(nèi)上升水流影響苯酚的吸附、催化劑表面·OH的生成及其向水中的擴(kuò)散,是苯酚降解的主要因素之一,在0.7m/min在上升流速下,苯酚的處理效率最高。(2)水中O2是影響催化劑表面·OH生成的主要因素,O2投加量的

5、增加,可提高催化劑表面·OH的生成率,提高光催化效率,同時(shí) O2還能與催化劑表面的·OH反應(yīng)生成 H2O2,H2O2一旦生成,少量H2O2即可做為催化劑,在TiO2表面引發(fā)·OH的大量生成。(3)消毒實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,玻璃纖維負(fù)載TiO2光催化填料對(duì)水中致病菌有非常高的滅活效果。在UV+TiO2聯(lián)合作用下消毒效率要遠(yuǎn)高于單純的紫外光消毒,消毒后水中致病菌在低強(qiáng)度的復(fù)活光照射下幾乎不產(chǎn)生復(fù)活現(xiàn)象,只有在高復(fù)活光強(qiáng)度作用下才出現(xiàn)一定程度的光復(fù)活

6、。(4)在玻璃纖維TiO2填料光催化氧化降解水中苯酚的過程中,對(duì)水中微生物的同時(shí)消毒效果較高,試驗(yàn)條件下水中大腸桿菌的滅活率幾乎為100％。而以水中致病菌的滅活為主要目標(biāo)時(shí),苯酚的存在對(duì)消毒效果的影響不能忽視,尤其當(dāng)水中有機(jī)物濃度較高時(shí)應(yīng)對(duì)消毒劑量進(jìn)行調(diào)整以滿足水中致病菌滅活的需要。當(dāng)同時(shí)考慮水中有機(jī)物降解與致病菌滅活的需要時(shí),應(yīng)以有機(jī)物降解為主要考慮對(duì)象,此過程中對(duì)致病菌滅活的要求是可以滿足的。
　　玻璃纖維負(fù)載 TiO2光催化

7、填料對(duì)苯酚的降解機(jī)理研究表明,羥基自由基(·OH)、超氧陰離子自由基(·O2-)等具有強(qiáng)氧化能力的自由基是光催化反應(yīng)的主體物質(zhì)。光生空穴-電子對(duì)是填料表面羥基自由基(·OH)等自由基生成的主要原因。氧氣在整個(gè)反應(yīng)過程中的作用首先是保證催化體系中羥基自由基(·OH)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中的重要一環(huán),其結(jié)果與苯酚降解中氧氣通量的研究結(jié)果相互呼應(yīng)。苯酚在玻璃纖維負(fù)載TiO2光催化填料表面的降解遵循Langmuir-Hinshelwood一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程。<