光化学及光催化氧化法处理高浓度废水_毕业论文(编辑修改稿)

光化学及光催化氧化法处理高浓度废水_毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

具有强氧化性的 OH和 O 2（ 反应 式 （ 5） ～ （ 9） ） [913]。 光生载流子 (激发态电子和空穴 )被俘获 转移后，与电子给体或受体发生反应对光催化过程来说才是有效的。 光生空穴有很强的氧化能力，可夺取半导体颗粒表面吸附物质或溶剂中的电子，使原本不吸收光的物质被氧化降解；受体接受光生电子被还原后，其表面具有很强的氧济南大学毕业论文 4 化还原能力，可氧化去除大气中微量有毒的氮化物及硫化物等污染物 (如 NOX、H2S 和 SOX )。 TiO2 + hv e + h+ （ 1） e + h+ N + energy( hv′ hvorheat) （ 2） OH + h+ OH +H+ （ 3） OH + h+ OH （ 4） e +O2 O 2 （ 5） O 2 +H2O OOH +OH （ 6） 2OOH H2O2 +O2 （ 7） OOH +H2O + e H2O2 +OH （ 8） H2O2 + e amp。 OH +OH （ 9） 图 1 半导体 TiO2 光催化机理 国内外研究现状、水平 环境污染的控制与治理是 21世纪面临和亟待解决的重大问题。 随着 科技 的不断发展 和探索 ， 光催化技术 成为一种理想的环境污染治理方法。 自 1972年 Fujishima和Honda[7]在 Nature杂志上报道 ,发现受辐照的 TiO2 上可以持续发生水的氧化还原反应 ，并产生氢以来 ， TiO2就因其稳定性好 ,成本低 ,易掺杂改性等优点 ， 而被认为是一种理想的光催化材料 ,从而得到了广泛的研究 [813]， 从而 引起 越来越多的 研究者对半导体在光作用下能否用于污染控制的兴趣。 研究表明 ， 作为一种无毒的半导体材料 ， TiO2在光催化降解有机污染物方面的研究与应用尤为重要。 目前对 TiO2 光催化的研究主要集中在 ： (1)TiO2固载膜的研制和性能优化 ； (2)提高 TiO2 光催化降解效率 ； (3)将 TiO2济南大学毕业论文 5 的 吸收光谱 移到可见光区。 但是 TiO2在实用化过程中有 些自身的缺陷 ： (1)带隙较宽( eV)， 只能吸收波长小于 387 nm的紫外光 ， 但是 这样波长 的 紫外光仅占 可太阳光的 4%左右 ， 因此 TiO2对太阳光的利用率低 ； (2)光生电子 2个 空穴对寿命短 ， 光催化过程量子效率低。 为了解决上述问题 ， 研究者们采用掺杂 金属离子、贵金属沉积、半导体复合等方法试图提高其光催化效率 ， 并取得了较大的进展 [20]。 从 20世纪 70年代初期 开始 ， 国 内 外许多学者 开展这方面的研究。 1976年 ， G. H. Cary报道了 TiO2水浊液在近紫外光的 照射下可使多氯联笨脱氯 ， 注意到 TiO2水体系在光照条件下可非选择性氧化 (降解 )各类有机物 ， 并使之彻底矿化 ， 生成 CO2和 H2O。 同年 S. N. Frank等研究了多晶电极 /氙灯作用下对二苯酚、 I、 Br、 Cl、 Fe2+、 Ce3+、 CN的光解 [13]和用粉末来催化光解水中污染物取得了满意的结果 [14]。 S. N. Frank等 [15]。 在1977年又用 TiO ZnO、 CdS、 Fe2O WO3等多种催化剂在氙作光源情况下 ， 对 CN和 SO3进行光解研究 ,结果 TiO ZnO、 CdS能有效催化氧化 CN为 CNO； TiO ZnO、CdS和 Fe2O3能有效催化氧化 SO32为 SO42。 80年代中期 ， 我国学者 开 始 了 对 半导体光催化的研究。 研究证实 ,烃类和多环芳烃、染料、农药和氰化物等 有机物 都能 在 光催化反应 中 得到有效去除 ,脱色、去毒、矿化为无毒无机小分子物质 ， 从而消除对环境的污染。 而且 ， 国外研究者也开展了 对半导体光催化诸多方面的问题深入研究 ,主要 包括 ： 半导体光催化材料的筛选和制备 ，半导体光催化活性产生的机制及所产生的活性种 ， TiO2光催化剂固定化及尺寸量子化 ， 半导体光催化矿化各种有机物的机理和各种形式的半导体光催化 反应器等。 目前已研究过的半导体光催化剂有 ： TiO ZnO、 CdS、 Fe2O WO ZnS、 SnO2等。 尤以 TiO CdS催化活性最强 ， 但 CdS在光照条件下自身不稳定 ， 易发生化学或光化学腐蚀 ， 而 TiO2的化学性质比较稳定且成本低、无毒、催化活性高、氧化能力强 ,所以最为常用。 但 TiO2吸收的太阳能仅占总太阳能光强的 4%， 对太阳光的利用率低。 所以 ， 围绕 TiO2改性、提高太阳能的转化率、改进光催化方法和光反应器、提高光催化效率 等技术 ， 成为目前半导体光催化方法应用于污染控制的诸多研究中最活跃的领域。 最近 ， 利用 高稳定染料修饰纳米 TiO2， 给纳米光催化技术的基础研究和开发应用注入了新的活力。 使敏化的 TiO2纳米光催化拓展到可见光成为近年国际上最活跃的研究领域之一。 存在的问题 光催化氧化技术是一种高级氧化技术 ， 利用太阳光引发光催化过程达到降解污染物的目的 ， 近年来在有机污染物处理的领域里得到广泛应用。 在诸多半导体光催化材料中 ， TiO2 以其价廉、无毒、氧化能力强和化学稳定性好、无二次污染而在污水处理、空气净化、杀菌消毒及制备具自洁抗菌等功能的新型材料方面 [13]有着广阔的应用前景 ， 成为国内外研究的热点。 TiO2 在光的作用下 ， 可产生具有其强氧化能力的羟济南大学毕业论文 6 基自由基 HO， 最终使水中的有机污染物完全氧化 ， 生成 CO H2O 及其它一些无机离子 [18]。 TiO2 光催化降解现在还基本上停留在实验室水平 ， 实际应用很少。 这主要因为：虽然 TiO2 相对其他半导体光催化剂如 CdS、 ZnO 等而言 ， 具有较高的活性 ，但由 于 TiO2 半导体的能带较宽 ( E = 312eV)， 对太阳光的利用率较低 （仅为太阳光的4%） ， 并且 TiO2 光生电子 空穴对的复合概率较高 ， 降低了其量子效率 ， 在降解污染物的过程中存在着光活性不高 ， 降解率低的问题 ， 从而 阻碍了其在可见光催化降解中的实际应用。 研究的目的及意义 研究目的 环境保护 越来越成为 人们关心的热点问题，其中与人类生存最密切的问题是水的问题，水是一切生命之根源。 早在 1972 年，联合国就发出警告：水，将导致严重的社会危机 [15]。 随着工业的高速发展和城市建设的加速，产生了大量的工业污水和城市污水，由于污水处理率低， 尤其是对含有毒有机污染物的废水，采用常规、传统的降解处理方法 无法 达到无毒无害的标准。 这样的高浓度有机 污水直接排入水体，致 使大量的自然水域和城市地下水源被污染，导致水源水质明显恶化 ，不 仅 使水体的功能退化，降低了使用价值，而且加重了水的短缺。 水资源的可持续利用是所有自然资源可持续开发利用的重要一环。 探求有效的降解方法和技术是人们关注的问题。 研究意义 人们经过长期努力，已经建立了许多净化处理废水的技术方法，并已广泛应用于实际的废水处理工程中，这些技术方法通常可以分为物理法、化学法、物化法、生 化法等。 随着经济的发展，废水成分的复杂性给 传统的处理方法 提出了新的挑战。 常用的技术方法各有自身的优点， 但 同时也 暴露出很多无法逾越的经济，技术瓶颈。 如有的技术方法对难降解污染物净化不彻底、处 理速度慢 、处理效率低； 有的可能造成二次污染 ，对于水体的再净化增加了困难； 有的设备投资大、处理费用高等。 随着国家推进削减主要污染物排放总量工作的开展以及逐步提高污染物排放标准，现有的技术方法难以满足更高的要求，因此有必要探索更加经济有效、便于推广应用的新技术。 光催化氧化技术是一种高级氧化技术 ， 利用太阳光引发光催化过程达到降解污染物的目的 ， 近年来在有机污染物处理的领域里得到广泛应用。 本文 以二氧化钛的掺杂为目的降解金橙Ⅱ为模型，研究最佳的掺杂量和制备条件。 济南大学毕业论文 7 2 实验部分 主要实验试剂及仪器 表 1 主要药品一览表 试剂名称 纯度 产地 硫酸钛 化学纯 中国医药（集团）上海化学试剂公司 硝酸镍 分析纯 天津市大茂化学试剂厂 氢氧化钠 分析纯 莱阳市康德化工有限公司 碳酸钠 分析纯 天津市永大化学试剂开发中心 表 2 主要仪器及设备一览表 仪器及设备名称 型号 产地 紫外线灯 GZ500 上海亚明灯泡厂 台式离心机 TGL16C 上海安亭科学仪器厂 磁 力 加热搅拌器 781 常州博远实验分析仪器厂 加热器 DK 山东 鄄 城新华电热仪器厂 可见光 分光光度计 722E 上海光谱仪器有 限公司 试验方法 试液配制 （ 1） 称取 Ti（ SO4） 2 、 Ni(NO3) 、 NaOH 、 Na2CO3。 将 Ti（ SO4） 2 和 Ni(NO3) 混合溶解在 50ml水， NaOH 和 Na2CO3 混合溶解在 30ml 水。 将 NaOH 和 Na2CO3 混合溶液慢慢滴加在不断搅拌的 Ti（ SO4） 2 和Ni(NO3) 混合溶液中。 在常压下回流 6 个小时，过滤取滤渣在 70℃ 的干燥箱干燥 12 小时。 分别在 400℃、 500℃、 600℃、 700℃ 下煅烧。 （ 2） 称取 Ti（ SO4） 2 、 Ni(NO3) 、 NaOH 、 Na2CO3。 将 Ti（ SO4） 2 和 Ni(NO3) 混。