復合轉盤光電液膜反應器對染料廢水的脫色研究.pdf

1、TiO2光電催化技術處理有機廢水是當前的研究熱點,目前圍繞增大TiO2膜電極的表面積,選擇合適的電極基底材料和電極材料的改性等方面已經做了大量的工作,但在反應器方面的研究較少,所以光催化在水處理方面的應用一直滯后。實驗室研究所用的光電反應器基本上都是將光電極完全浸入反應液中,激發(fā)光需穿透很厚的液層才能到達光催化劑表面,由于有機溶液自身對激發(fā)光的吸收而引起光很大損失。為解決以上問題,本課題組首先研發(fā)了動態(tài)光陽極的轉盤光電液膜反應器(Rot

2、ating disk thin-film PEC reactor, RPEC),轉盤一半在反應液中,另一半在空氣中,通過轉盤轉動,在空氣中的一半電極表面形成了幾十微米厚的液膜,大大減小了激發(fā)光到達光催化劑表面前的光損失、強化了溶液的傳質效率。在此基礎上,本課題組進一步研制了無需外加電場、陰陽極同時轉動的TiO2/Ti-Cu雙轉盤液膜反應器(Dual Rotating disks thin-film photocatalytic (PC)

3、 reactor, DRPC),光生電子在陽極產生后,利用肖特基勢壘自發(fā)轉向陰極Cu轉盤,并在Cu表面進一步參與染料的氧化脫色,從而提高了光電子利用率并降低了能耗。但該反應器存在光陽極鈦基底造價高、雙轉盤裝置結構相對復雜等問題。本文針對DRPC電極結構復雜、成本高等問題,設計了復合轉盤光電液膜反應器(Complex Rotating disks thin-film photocatalytic (PC) reactor, CRPC),以

4、金屬圓盤為基底,一面涂TiO2膜為光陽極、另一面鍍銅為陰極,從而將陰陽級雙轉盤復合為一,大大簡化了反應器結構；且CRPC能以不銹鋼作基底,降低了成本、提高了基底導電性,復合轉盤電極結構中Cu陰極阻斷了不銹鋼基底與酸性溶液的直接接觸,避免了基底被腐蝕。其主要工作如下：1.分別以鈦和不銹鋼為基底制備復合轉盤TiO2光陽極,分別采用EDTA法和酒石酸鹽法電鍍制備陰極銅層,以染料溶液為目標污染物,以CRPC對染料的脫色性能評價其光電催化效率,確

5、定了復合轉盤電極的最佳制備方法。結果表明：CRPC-Steel比CRPC-Ti對染料溶液具有較好的脫色性能,CRPC-Steel和CRPC-Ti對染料脫色均具有一定的普遍性,處理RBR及其它6種染料溶液1h的脫色率分別介于35.0%-95.5%、23.5%-92.5%之間；采用EDTA鹽法鍍銅制得的陰極銅層比酒石酸鹽法平整均勻、鍍層厚、結合力好,其構成的復合轉盤對RBR的脫色效率更高。2.考察了反應條件對CRPC-Steel脫色性能的影

6、響,并將CRPC對染料廢水的處理效率與DRPC進行比較。CRPC-Steel對RBR脫色的最佳反應條件為： RBR初始濃度20 mg/L,pH 2.5,Na2SO4 2.0 g /L,轉速60 rpm；CRPC-Steel對易脫色染料溶液的脫色性能與DRPC-Ti相當或略低,對難脫色染料溶液的脫色性能較DRPC-Ti好,CRPC-Steel中不銹鋼基底基本被銅陰極覆蓋,能在一定程度上解決不銹鋼易被酸液腐蝕的問題。3.在CRPC-Stee

7、l處理RBR染料廢水的數據基礎上,采用冪指數方程法建立CRPC-Steel對RBR染料廢水脫色的動力學方程為： Ct=C0exp( -3.8781C0-0.47074 pH-2.1958CE0.08055 t)該方程能較好地描述CRPC-Steel對RBR的脫色的擬一級反應過程。4.初步探討了CRPC-Steel對RBR染料溶液的脫色機理。結果表明CRPC-Steel處理RBR染料溶液過程中,RBR的發(fā)色基團“-N=N-”及助色基團遭到