简论分子筛负载型二氧化钛复合材料制备与其在水处理中运用

摘要：随着工业化进程的加速,再加之对水资源不合理的开采和利用,水资源的短缺和水环境污染等不足变得尤为突出。若这些不足得不到及时有效的解决,将严重威胁到我国社会经济的可持续进展,由此对水资源进行科学合理的监测和对污染物进行处理具有十分重要的作用。在水处理中,基于生成强氧化性羟自由基(·OH)的光催化氧化技术体现出了良好的运用前景。半导体纳米粉体材料,因其独特的能带结构和优异的理化性质,不仅受到材料探讨者的青睐,在自然科学的其他领域也备受关注。在光催化领域,可利用纳米半导体光催化材料来降解废水中的有机污染物,而纳米Ti02以其价廉、无毒、耐酸碱性强、光催化活性高等优点而得到了广泛的运用和进展。目前,Ti02的利用形式主要有两种：悬浮相型和负载型。而在有机废水、废气的处理中,利用最多的还是悬浮相型的Ti02,这种策略的优点是接触面积大,光催化降解效果好,但它也有着一些不足之处,如纳米粉体易团聚失活、难回收、不能重复利用等,这些都在一定程度上限制了它在废水和废气处理中的运用。负载型Ti02与悬浮相型Ti02相比,系统分离较容易,可以回收后重复利用,如若利用比表面积较大的载体并不会降低Ti02的光催化活性,且将负载工艺优化,有可能将其运用于实际,是当前半导体光催化材料领域探讨的热点之一。本论文的探讨内容主要包括以下三个方面：(1)密封高温消解法对有机物进行降解,以K2Cr2O7作为氧化剂,以MnSO4代替昂贵的Ag2SO4作为催化剂,在混酸介质中,测定水样中消解前后的Cr6+的吸光度来间接测定化学需氧量(COD)。对实验条件进行优化,确定了最佳的实验条件为：催化剂MnSO4的用量为0.20mL,混酸(H2SO4-HO4)用量为3.00mL。同时探讨了Cl-的干扰,得出当C1-浓度在500.00mg/L以内时无需加入掩蔽剂,影响可忽略不计。对模拟废水的加标回收率在96.10%-101.10%之间,对模拟废水和实际废水测定结果的RSD小于5.0%。该策略具有操作简单、快速、准确可靠等优点,适用于大批量样品的测定。(2)提供了一种简易可行的策略将纳米Ti02负载到4A分子筛上,形成4A/TiO2复合光催化剂,结合XRD、FTIR和TEM对催化材料进行表征,表征结果表明负载不影响Ti02的晶体结构及价键结构。利用制备TiO2/4A复合材料为光催化氧化剂,K2Cr207为电子捕获剂,以纳米4A-TiO2-K2Cr207协同光催化氧化系统为基础,以邻苯二甲酸氢钾溶液为模拟废水,结合分光光度法,建立一种快速测定水样中COD的简便策略。优化实验确定了最佳的实验条件为：Cr6+初始浓度为1.50×10-4mol/L,催化剂4A/TiO2的用量为3.00g/L,pH0.50,光照50min。在优化的最佳实验条件下,线性范围为0.00～15.00mg/L,检出限为0.24mg/L,当氯离子含量低于600.00mg/L时,相对误差在±5.0%范围内,对催化剂重复利用3次后降解率仍在80%以上。本策略具有检测限低、结果准确可靠、灵敏度高、抗氯离子干扰能力强等优点。(3)为了提升纳米Ti02光催化剂的利用率和分离回收率,制备了磁性壳聚糖(Fe3O4/CTS)载体,并将纳米Ti02粉末负载到Fe3O4/CTS载体上,制备出了兼具吸附性、磁性、光催化活性的Fe3O4/CTS/TiO2粉体复合材料,结合XRD、FTIR、TEM对其表征。以亚蓝(MB)溶液为模拟废水,探讨了Fe3O4/CTS/TiO2复合催化剂的催化活性;通过对实验条件的优化,探讨了MB初始浓度、催化剂用量、溶液pH值、光照时间、不同光催化系统对染料降解率的影响。结合UV-Vis和FT-IR分光光度计对降解后产物进行浅析,结果显示光催化降解破坏了亚蓝(MB)的苯环结构和发色基团。关键词：废水论文密闭高温消解论文4A分子筛论文TiO_2光催化氧化论文COD论文磁性壳聚糖论文

摘要5-7

ABSTRACT7-14

第一章 绪论14-33

1.1 引言-水体污染近况描述14

1.2 化学需氧量测定策略的探讨进展14-17

1.2.1 密封高温消解法15

1.2.2 超声化学消解法15-16

1.2.3 光催化氧化法16-17

1.3 纳米TiO_2光催化剂的探讨背景17-18

1.4 紫外光照射下TiO_2的光催化机理18-19

1.5 负载型纳米TiO_2光催化剂探讨进展19-22

1.5.1 负载型TiO_2光催化剂的载体19-20

1.5.2 负载型类TiO_2光催化剂的制备策略20-22

1.6 负载型TiO_2光催化剂的运用22-24

1.6.1 负载型光催化剂在污水处理中的运用22-23

1.6.2 负载型光催化剂在空气净化中的运用23-24

1.6.3 负载型光催化剂在防雾及自清洁中的运用24

1.7 本论文的探讨作用及探讨内容24-26

1.7.1 论文的探讨作用24-25

1.7.2 论文的革新25

1.7.3 本论文的主要内容25-26

8 pH值对催化剂降解亚蓝效果的影响65-66

4.3.9 光照时间对催化剂降解亚蓝效果的影响66

4.3.10 不同光催化降解系统对亚蓝染料(MB)脱色率的影响66-67

4.3.11 光催化反应前后的物相浅析67-69

4.3.11.1 光催化历程中染料的紫外可见光吸收光谱浅析67-68

4.3.11.2 光催化反应前后染料的FT-IR光谱浅析68-69

4.3.12 复合光催化材料的回收利用69

4.4 结论69-70