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近年来水源微污染问题日益严重,饮用水常规处理工艺无法有效去除水体中的微污染有机物,且加氯消毒容易与水体中的腐殖质反应产生三氯甲烷等消毒副产物。因此科研人员利用纳米TiO2光催化氧化技术的无毒、降解迅速、氧化完全及操作简单等特点,越来越多的应用在水处理领域。
本文提出了一种用于有机污染物处理的光催化剂的制备方法,并申请了发明专利,目的是提供一种具有高催化活性,分离回用方便,兼具高吸附性能与光催化降解功能的实用型纳米二氧化钛光催化剂。本文以硅酸钠为基质,采用十二烷基硫酸钠/正已醇/环已烷反胶束微乳液法聚合SiO2凝胶颗粒,负载锐钛矿型TiO2制备TiO2/SiO2催化剂。用SEM、XRD对催化剂进行表征,并通过对甲基橙的脱色率考察催化剂的光催化活性。研究表明,当硅酸钠与十二烷基硫酸钠的摩尔比为35/4和TiO2与SiO2的比为1/2时,催化剂的光催化活性最好。
另外本次试验设计了一种处理饮用水中难降解有机物的光催化反应器,并申请了实用新型专利。该新型光催化反应器体积小,处理效果好,操作和管理方便;反应器器壁采用折板形式形成各向同性紊流,使溶液中的污染物质与催化剂充分接触,增大传质效果;同时反应器中吸附于催化剂上的污染物质在紊流作用下均能与紫外光接触,更新催化剂的活性表面,大大提高催化剂的使用寿命;反应器集吸附与光催化氧化降解于一体,完美解决了单一功能的不足。
本次试验没有采用现成腐殖酸药剂配制反应液,而是创新采用从天然水体提取出的腐殖酸进行试验研究,自行设计天然水体腐殖酸的提取装置,利用大孔树脂对桂林漓江地表水源中的腐殖酸进行富集提取,研究光催化技术对天然水体腐殖酸的降解效果,对研究光催化降解实际水体中的微污染有机物有实用意义。研究表明,光催化氧化降解腐殖酸的最佳工艺条件为:波长为254nm的紫外线杀菌灯作为光源,催化剂投加量2g/L、HA初始浓度4mg/L、反应液初始pH=7、曝气量1.5L/min,该工艺条件下对腐殖酸的降解效果最好,降解率为86.5%。
光催化降解腐殖酸动力学研究表明光催化氧化过程符合一级反应,利用初始浓度法研究催化剂对腐殖酸的光催化氧化动力学特性。其反应过程可以用Langmuir-Hinshelwood(L-H)动力学模型表示。经L-H拟合后求得,L-H表观反应速率常数KLH=0.0743 mg·L-1·min-1,Langmuir动力学方程吸附平衡常数K*=0.2650L·mg-1。