碳素纖維復(fù)合納米光催化劑處理海水養(yǎng)殖廢水研究.pdf

1、隨著市場(chǎng)需求的提升，海水養(yǎng)殖業(yè)得以蓬勃發(fā)展，由此引發(fā)養(yǎng)殖區(qū)鄰近水域的水體富營(yíng)養(yǎng)化和水質(zhì)污染等一系列環(huán)境問(wèn)題也日益嚴(yán)重。本論文將具有高催化氧化活性的納米光催化材料與具有高效吸附性和負(fù)載力的碳素纖維結(jié)合，用于海水養(yǎng)殖廢水中氨氮的處理，取得了較好的效果。為此，進(jìn)行了碳素纖維液相表面氧化改性、制備了ZnO/碳素纖維復(fù)合光催化劑和TiO2/碳素纖維光催化復(fù)合材料，考察了以碳素纖維為基質(zhì)光催化劑投加量、氨氮初始濃度、pH值、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間等因素

2、對(duì)于氨氮去除效果的影響。對(duì)TiO2/碳素纖維光催化復(fù)合材料進(jìn)行了光催化動(dòng)力學(xué)研究。同時(shí)考慮到實(shí)際應(yīng)用，采用偶聯(lián)劑法制備了聚丙烯多面球負(fù)載TiO2/碳素纖維光催化復(fù)合材料，并對(duì)其光催化降解性能進(jìn)行了探討。本論文的主要研究結(jié)果如下：
　?。?）用已經(jīng)過(guò)預(yù)處理后的碳素纖維處理海水養(yǎng)殖廢水中的氨氮，探討了催化劑投加量、氨氮初始濃度、pH值、反應(yīng)時(shí)間及反應(yīng)溫度等因素對(duì)降解廢水中氨氮的影響。并通過(guò)正交試驗(yàn)得到素纖維降解氨氮的優(yōu)化條件為：當(dāng)反應(yīng)

3、溫度為60℃，碳素纖維投加量為1.2g/L，pH為7.0，氨氮初始濃度為40mg/L，反應(yīng)時(shí)間為5h；驗(yàn)證試驗(yàn)中氨氮去除率為55.82％。根據(jù)極差法分析得出，各因素對(duì)碳素纖維降解氨氮的影響程度大小順序?yàn)椋喊钡跏紳舛?反應(yīng)溫度>投加量>反應(yīng)時(shí)間>pH值。
　?。?）通過(guò)液相表面氧化法對(duì)碳素纖維進(jìn)行改性，并通過(guò)SEM測(cè)試方法對(duì)比了原碳素纖維與經(jīng)過(guò)不同時(shí)間表面氧化的碳素纖維。發(fā)現(xiàn)改性碳素纖維表面形貌更復(fù)雜，形成凹槽，粗糙程度增加，增強(qiáng)

4、了吸附活性和復(fù)合基體材料界面的粘性。且改性時(shí)間越長(zhǎng)，形成凹槽越多，表面越粗糙。同時(shí)探討了改性時(shí)間、氨氮初始濃度、pH值、催化劑投加量、反應(yīng)時(shí)間及反應(yīng)溫度等因素對(duì)改性后碳素纖維降解氨氮效果的影響。通過(guò)正交試驗(yàn)結(jié)果表明這五個(gè)單因素對(duì)改性碳素纖維吸附海水養(yǎng)殖廢水中氨氮效果的影響大小程度依次為：反應(yīng)溫度>溶液氨氮初始濃度>改性時(shí)間≈投加量>反應(yīng)時(shí)間。改性碳素纖維吸附海水養(yǎng)殖廢水中氨氮的優(yōu)化反應(yīng)條件：反應(yīng)溫度為60℃，反應(yīng)時(shí)間為3h，溶液氨氮初始

5、濃度為40mg/L，改性時(shí)間為45min，投加量為0.8g/L；驗(yàn)證試驗(yàn)中氨氮去除率為73.87%。相較于原碳素纖維，改性后碳素纖維去除氨氮效果更好。
　?。?）采用溶膠-凝膠法制備ZnO/碳素纖維復(fù)合光催化劑，通過(guò)XRD、SEM技術(shù)方法對(duì)其表象進(jìn)行分析。XRD圖像表明：ZnO/碳素纖維的信號(hào)明顯強(qiáng)于碳素纖維，說(shuō)明ZnO成功負(fù)載在碳素纖維上，但有局部聚團(tuán)現(xiàn)象。在紫外光照條件下，探討了催化劑投加量、氨氮初始濃度、pH值、光照時(shí)間、煅

6、燒溫度、過(guò)氧化氫濃度對(duì)ZnO/碳素纖維復(fù)合光催化劑降解廢水中氨氮的影響。通過(guò)正交試驗(yàn)得出：氨氮降解優(yōu)化反應(yīng)條件為：ZnO/碳素纖維投加量為1.2g/L，溶液氨氮初始濃度為50mg/L，pH值為7，H2O2投加量為0.8g/L，光照時(shí)間為5h；驗(yàn)證試驗(yàn)中氨氮去除率為98.83%。根據(jù)極差分析得知，ZnO/碳素纖維復(fù)合光催化劑對(duì)氨氮降解效果影響程度大小依次為：H2O2投加量>反應(yīng)時(shí)間>溶液氨氮初始濃度>pH值>ZnO/碳素纖維投加量。

7、>　?。?）通過(guò)溶膠-凝膠法制得TiO2/碳素纖維光催化復(fù)合材料，以XRD、SEM技術(shù)分析方法對(duì)其進(jìn)行表征。通過(guò)XRD圖像看出，相較于碳素纖維信號(hào)都較強(qiáng)，說(shuō)明二氧化鈦被負(fù)載在碳素纖維表面；且負(fù)載0.8mol/L比0.2mol/L的鈦濃度的TiO2/碳素纖維光催化復(fù)合材料信號(hào)強(qiáng)。通過(guò)電鏡掃描圖像也可看出二氧化鈦均勻分布。在紫外光照條件下，探討了摻雜鈦濃度、催化劑投加量、氨氮初始濃度、pH值、光照時(shí)間、煅燒溫度、過(guò)氧化氫濃度對(duì)TiO2/碳素

8、纖維復(fù)合光催化劑降解廢水中氨氮的影響。通過(guò)正交試驗(yàn)驗(yàn)證，TiO2/碳素纖維光催化復(fù)合材料降解海水養(yǎng)殖廢水中氨氮的優(yōu)化反應(yīng)條件是：投加量為2.0g/L、溶液氨氮初始濃度為30mg/L、煅燒溫度為600℃、H2O2投加量為0.8g/L、光照時(shí)間為1h；驗(yàn)證試驗(yàn)測(cè)得氨氮去除率達(dá)93.25%。根據(jù)極差分析法可得，各因素對(duì)TiO2/碳素纖維光催化復(fù)合材料降解海水養(yǎng)殖廢水中氨氮的影響程度大小順序依次為：H2O2投加量>溶液氨氮初始濃度>光照時(shí)間>催

9、化劑投加量>煅燒溫度。
　?。?）研究了TiO2/碳素纖維光催化降解海水養(yǎng)殖廢水中氨氮的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。在Langmuire-Hinshelwood(L-H)動(dòng)力學(xué)模型基礎(chǔ)上，考察TiO2/碳素纖維投加量、氨氮初始濃度、pH值，以及H2O2濃度對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水中氨氮光催化氧化的動(dòng)力學(xué)影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明其光催化氧化反應(yīng)可以用一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程來(lái)描述。
　?。?）采用偶聯(lián)法將TiO2/碳素纖維負(fù)載在聚丙烯多面球上，并在紫外光照射下進(jìn)行