TiO2纳米管光催化臭氧氧化技术研究及其应用

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本试验成功制备了形貌较好,呈中空,管端开口的锐钛型TiO2纳米管,其外径5-7nm、壁厚1nm左右、长200-300nm,比表面积276m2·g-1。相同条件下以垃圾渗滤液为目标物,60min时O3/UV/TiO2纳米管较O3/UV/P25和O3/UV的COD去除率分别提高了20.83%和32.65%。在光催化臭氧氧化工艺中,TNTs最佳煅烧温度为400℃。O3/UV/TNTs对腐殖酸降解的最佳工艺参数为反应温度30℃,pH值8.5-10.7,催化剂投加量0.4g/L,臭氧投加量383.46mg/h/L,光强0.62mW/cm2,TOC去除率高达80.12%,UV254去除率高达96.55%。对现有的动力学模型进行修正使其可以得出最佳工艺参数,理论最佳工艺参数为pH值7.35,TNTs投加量0.806g/L,O3投加量490.00mg/h/L。O3/UV/TNTs对腐殖酸的降解遵循羟基自由基理论;强碱性原水对初始IC值的影响及反应过程中IC值的累积导致了TOC去除率的下降;反应初期随着时间的推移催化剂污染越来越严重,一段时间后达到最大值,之后随着时间的延长污染情况得到改善。选择10mol/L的NaOH投加量为19mL,1.0gP25的最佳Al2O3掺杂量为0.05g,掺杂形态为粉体,最佳煅烧温度为400℃,所得Al掺杂TiO2纳米管(Al-TNTs)有很好的可见光催化性能。通过响应面法对Al-TNTs可见光光催化臭氧化降解腐殖酸TOC进行研究分析,初始pH值对TOC去除率的影响最小,Al-TNTs投加量和O3投加量对TOC去除率的影响较为显著,且都为正面影响,同时,Al-TNTs投加量和O3投加量有明显的交互作用。将Al-TNTs设计成柱状可分离产品,宏观状态下为直径2mm,长度3mm的圆柱体,且规格较为一致,微观状态下为多孔结构,通过高倍场发射透射电镜扫描可看出柱状Al-TNTs为内径5-7nm,管壁1nm左右,长度30nm-100nm左右的纳米管。柱状Al-TNTs的比表面积从Al-TNTs的220m2·g-1降低到了153m2·g-1。对柱状Al-TNTs重复利用对垃圾渗滤液降解的影响进行了考察。随着催化剂的重复利用,对垃圾渗滤液的COD去除效果逐渐降低,60min时,催化剂第一次使用时的COD去除率为59.27%,第三次使用时仅为11.4%。将三次污染后的催化剂进行尾气臭氧单独再生,COD去除率分别达到31.3%。所以,尾气臭氧对污染后柱状Al-TNTs的再生能力较强。设计出新型一体化光催化臭氧化流化床反应器,集污染物降解和催化剂再生于一体。试验得出8g/L为柱状Al-TNTs的最佳投加量,582.12mg/h/L为臭氧的最佳投加量。
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