TiO-,2--硅藻土光催化降解DMF廢水研究.pdf

1、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)是一種重要的化工原料及有機(jī)溶劑，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。DMF對人體有毒，美國已確定其為人體可能致癌物質(zhì)，而我國每年僅合成革工業(yè)排放的DMF廢水就達(dá)1億噸，嚴(yán)重威脅著環(huán)境安全。因此，DMF廢水必須經(jīng)過有效處理后才能排放。 DMF化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，可生物降解性較差，本課題主要研究采用光催化氧化法降解DMF，期望將DMF初步分解，為后續(xù)生物處理提供保障。課題研究了用溶膠-凝膠法制備TiO<,2>/硅藻土光

2、催化材料，并以光催化降解DMF廢水為模型反應(yīng)考察其光催化性能，確定TiO<,2>/硅藻土光催化劑的最佳制備工藝條件。在靜態(tài)和動態(tài)實驗中分別考察DMF光催化降解的影響因素，確定最佳反應(yīng)條件，分析DMF的可能降解路徑和反應(yīng)機(jī)制，同時對其光催化過程中廢水的生物毒性變化進(jìn)行檢測，探討將光催化氧化技術(shù)作為生物處理的前處理工藝的可行性。 在采用溶膠-凝膠法制備TiO<,2>/硅藻土光催化材料時，分析考察了煅燒溫度、溶膠pH值、H<,2>O

3、：Ti(OR)<,4>比以及負(fù)載次數(shù)等因素對催化性能的影響，優(yōu)化了制備的工藝參數(shù)。確定的最佳制備條件為煅燒溫度500℃、溶膠pH值1.3、H<,2>O：Ti(OR)<,4>比15.75、負(fù)載次數(shù)3次。借助掃描電鏡(SEM)、X射線衍射(XRD)等現(xiàn)代分析技術(shù)，對TiO<,2>/硅藻土光催化材料的表征和物性分析表明，制備后的材料中硅藻土仍保持著豐富的微孔，負(fù)載的TiO<,2>為銳鈦礦型和金紅石型的混晶形態(tài)，晶型發(fā)育良好，平均粒徑為38nm

4、。 在靜態(tài)和動態(tài)反應(yīng)中，考察了DMF的光催化降解行為，證實了這一過程中DMF的降解效率受廢水初始濃度、光強(qiáng)、反應(yīng)時間、溫度、催化劑用量、pH值等多種因素影響，其降解過程主要是在羥基自由基強(qiáng)氧化作用下完成的，并遵循Langmuir-Hinshelwood反應(yīng)動力學(xué)方程。靜態(tài)實驗中，200mg/L的DMF廢水180min內(nèi)，降解率可達(dá)84％以上。增大光強(qiáng)和反應(yīng)時間可有效提高DMF的降解率，但綜合考慮經(jīng)濟(jì)性要求，需要選擇合適的光強(qiáng)和

5、反應(yīng)時間，以保證對中低濃度DMF廢水均有較好的去除效果。反應(yīng)過程中發(fā)現(xiàn)，廢水pH值上升，TOC降解率均低于DMF降解率，并能檢測到仲胺存在，因此，分析確定的可能降解途徑是DMF先被氧化降解為仲胺等中間產(chǎn)物，最后被完全降解礦化為CO<,2>、H<,2>O和NH<,3>。 根據(jù)DMF光催化降解途徑的研究結(jié)果，對DMF及其中間降解產(chǎn)物進(jìn)行毒性測試，表明中間產(chǎn)物仲胺的代表性物質(zhì)二甲胺(DMA)具有較高的生物毒性。對DMF廢水光催化降解