玻璃纖維負載TiO2光催化填料的制備及應用研究.pdf

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

2、溶膠-凝膠法制備的 TiO2溶膠負載到玻璃纖維表面,采用熱失重(TGA)測試、X射線衍射(XRD)掃描、SEM掃描、FTIR分析等現(xiàn)代測試分析技術對填料進行表征,重點考察制備過程中低溫陳化、真空干燥過程對填料表面TiO2催化劑性能的影響。結果表明,低溫陳化、真空干燥過程能有效消除凝膠膜縮水時水分子融合而產生的孔洞,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℃下負載三層膜填料的比表面積為0.1527m2/g, TiO2的負載量為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載 TiO2光催化填料氧化降解廢水中苯酚及其對水中致病菌的同時滅活性能?？疾炝嗽诒椒咏到膺^程中pH、光源強度、反應器內上升水流、充氧量、苯酚的起始濃度、外加H2O2

4、等因素對苯酚降解的影響?？疾炝颂盍系墓獯呋灸芰跋竞笪⑸锏墓鈴突钤偕?。最后考察了填料同時降解水中有機物及水中致病菌滅活雙重功效。得出以下主要結論:(1)當pH為4.0左右時,TiO2對水中苯酚的氧化降解和吸附率均較高。反應器內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 O2還能與催化劑表面的·OH反應生成 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)消毒實驗結果表明,玻璃纖維負載TiO2光催化填料對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高于單純的紫外光消毒,消毒后水中致病菌在低強度的復活光照射下幾乎不產生復活現(xiàn)象,只有在高復活光強度作用下才出現(xiàn)一定程度的光復活

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,對水中微生物的同時消毒效果較高,試驗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時,苯酚的存在對消毒效果的影響不能忽視,尤其當水中有機物濃度較高時應對消毒劑量進行調整以滿足水中致病菌滅活的需要。當同時考慮水中有機物降解與致病菌滅活的需要時,應以有機物降解為主要考慮對象,此過程中對致病菌滅活的要求是可以滿足的。
　　玻璃纖維負載 TiO2光催化

7、填料對苯酚的降解機理研究表明,羥基自由基(·OH)、超氧陰離子自由基(·O2-)等具有強氧化能力的自由基是光催化反應的主體物質。光生空穴-電子對是填料表面羥基自由基(·OH)等自由基生成的主要原因。氧氣在整個反應過程中的作用首先是保證催化體系中羥基自由基(·OH)鏈式反應中的重要一環(huán),其結果與苯酚降解中氧氣通量的研究結果相互呼應。苯酚在玻璃纖維負載TiO2光催化填料表面的降解遵循Langmuir-Hinshelwood一級動力學方程。<