染料废水的多相光催化氧化降解行为分析.docx

摘要
摘 要
半导体多相光催化氧化是从20世纪70年代开始发展起来的~种废物处理技术,它是以会属氧化物主要是硫族化物如Ti02、ZnO、CdS、Sn02作为催化剂, 利用这些半导体材料在光照下产生电子和空穴从而引发产生羟自由基等强活性自由基,迅速氧化降解水中有机污染物,因而是~种非常有前途的高级氧化污染治理技术,近年来受到广泛关注。目前多相光催化氧化方面的研究还主要集中在对其影响因素的研究,催化剂的改性、固定化以及简单的光反应器等方面,而对其反应机理,动力学行为以及有机物结构与光催化反应活性关系等则研究甚少, 这对这项新型污染控制技术的实用化带来了障碍,因此有必要加强这几个方面的研究。
我们以溶胶一凝胶法制备了纳米级Ti02半导体,以纳米Ti02为催化剂,染料活性艳红X-3B为模型化合物,,。试验结果表明600℃下焙烧得到的具有混合晶型的Ti02的活性比纯的锐钛矿Ti02要高;调节pH值所用的酸也对X一3B的光催化降解有一定影响,其中盐酸的影响最大,硫酸次之, 硝酸的影响最小。反应中溶液的受光面积、pH值、起始浓度、盐度,以及试验所用的光源种类及光强、催化剂的使用量以及氧化剂的添加对有机污染物在Ti02 上的光催化降解具有较大影响:,在本实验的光强范围内,降解速率与光强的平方根成『F比; 的光催化氧化影响很小。利用阿仑尼乌斯经验公式求得其活化能为E= KJ/mol,指前因子A=,反应速率常数与温度的函数关系式为
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k=, 。—C键最先
受到·,再依次被·OH氧化降解为苯酚、二苯酚或醌,再开环后依次氧化生成1,4一二丁烯酸、乙二酸、甲酸,最终矿化为二氧化碳和水。
为了更好地提高纳米Ti02的光催化降解活性,本文对Ti02进行了改性,在 Ti02上进行了淀积Fe3+和掺杂Ag的改性,大大提高了Ti02的光催化降解活性, 取得了很好的效果,试验结果表明改性的Ti02其Fe"和Ag+的掺杂量均有一个最佳值,在试验的掺杂范围内Fe”和Ag+的最佳掺杂量分别是0。l%%:
摘要
载银的Ti02的活性略高予载铁的Ti02。两者均远远大于纯的Ti02;,载铁和载银后的Ti02对太阳光的利用效率有了很大的提高,因此改性后的Ti02完全可以作为 种更为有效的光催化剂,利用太阳光作为光源应用到实际的光催化降解废水处理中;
-41015 24D,,
速率常数与温度的函数关系分别为k= 7‘和k=,。
本文研究了近20种染料的定量结构与其光催化降解活性之间的关系(QSAR),关于染料的光催化降解活性与其结构之间的定量关系之前尚未见报
导。选择染料的正辛醇一水分配系数(‰)和分子最高占据轨道能(EHo,v:o)及
分子最低未占据轨道能(EL伽)几个理化参数建立的染料的定量结构一光催化
降解反应活性关系模型。得到其定量关系式为:k毋=×堙‰。+
×(-EHOMO),可以很好地表示其反应活性与结构之间的定量关系。有机污染物在催化剂上的光催化降解动力学对于这项技术的实际应用比如光反应器的设计以及反应参数等的确定具有重要意义, 、Fe”/Ti02和Ag+/Ti02三种催化剂上的光催化降解动力学均能很好地符合Langraiur--Hinshelwood动力学模型,其表观反应速率常数的大小顺序依次是Ag+/"ri02>Fe3+/Ti02>Ti02,吸附平衡常数则是Fe”/Ti02和Ag+/Ti02两者基本相等,两者均比纯TiOz大2--3倍。在试验中利用L,, 结果发现k和女,A均随光强的变化而改变,即k随着光强的提高增加,而^,A却随着光强的提高而减小,,为了解释这个现象,从反应机理E对L—H模型进行了解释,并对经典的L-H模型进行了适当的修正,得到了新的动力学参数女和甄的表达式,新的表达式可以很好地
将k和J文与光强关联起来,反应速率常数k与入射光的光强的平方根成正比, 而吸附平衡常数戤的倒数与光强的平方根成正比。将通过试验所获得的动力学参数来验证通过修