纳米tio2光催化处理含cu（ⅱ）废水研究.pdf

广东工业大学
硕士学位论文
纳米TiO<,2>光催化处理含Cu(Ⅱ)废水的研究
姓名:黄锦勇
申请学位级别:硕士
专业:环境科学
指导教师:刘国光
20090601
摘要通过改变反应体系的各项参数,如溶液体系的值、纳米的投加量、其他金属离子共存的影响、反应体系温度的变化、投加空穴捕获剂、光辐射强度等,研究了纳米对的光催化去除效果。实验得出以下研究结果:孀湃芤褐型都幽仕崃康脑黾樱琓阅仕幔娜コ视兴本研究采用纳米谧贤夤獾恼丈湎鹿獯呋乖砗纤擅譚呋列√逑的苡行У厝コ芤褐蠧胱印D擅对离子的吸附作用和光催化还原同时起作用;本实验环境下,最佳实验条件为:℃,充。贤夤馇慷榷怨獯呋乖瑿胁煌Ч乖高于,并且反应属于一级反应动力学;光催化还原反应中添加甲醇、丙酮、乙酸、苯、葡萄糖等有机物、或。对光催化反应有明显促进作用,但是投加或胱佣苑从υ蛴幸种谱饔茫凰泄夥从基本达到平衡状。从μ逑党涞F驝胱拥娜コ蚀锏ィ淇掌虼到%,比不充气分别提高了%和ァT谔逑滴露确直鹞妗妗妗。履擅譚匀芤篊胱拥墓獯呋乖Ч嫖露鹊纳叨杂增大。降低,即与柠檬酸浓度比分别为、簂、、,去除效率分别为%、%、%、%。关键词:纳米二氧化钛;光催化;还原;反应器;铜离子
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瑾貔谚独创性声明本人或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均本学位论文成果是本人在广东工业大学读书期间在导师的指导下所取得的,申请学位与资料若有不实之处,本人承担一切相关责任,特此声明。秉承学校严谨的学风和优良的科学道德,本人声明所呈交的论文是我个人在导师的指导下进行的研究以及所取得的成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表的或撰写过的研究成果,不包含已在论文中作了明确的说明,并表示谢意。论文成果归广东工业大学所有。指导教师签字:论文作者签字:二零零九年五月广东工业大学硕士学位论文
第一章绪论弟一早珀下匕纳米墓獯呋阅芗捌溆τ酶攀纳米的光催化原理的照射下,通过把光能转化为化学能,促进化合物的合成或使化合物谢铮表。在实际应用中,半导体光化学和光催化产生了惊人的效益。物,如、、、、、纳米半导体的独特性能之一是光催化性。光催化是指纳米半导体材料在光无机物到獾墓獭辏現和紫缺ǖ懒擞枚趸炎为催化剂分解水制备氢气【。当时正值能源危机,利用太阳能制各氢气来缓解能源危机有重大的实用意义,立即引起了学术界的广泛关注。早在世纪五六十年代,就有人研究过墓獯呋饔茫饕J且恍┕庋趸从Γ纾河裳气制备臭氧、氧气和水制备双氧水等。由于量子产率低,用于化学合成上没有实际意义而很少受到注意。进入世纪年代后,由于纳米科技的高速发展,为纳米光催化技术的应用提供了极好的机遇。控制纳米粒子的粒径、表面积等技术日趋成熟,通过材料设计,提高光催化材料的量子产率成为可能。同时,由于全球工业化进程的发展,环境污染问题日益严重,环境保护和可持续发展成为人们必须考虑的首要问题,从而半导体光催化材料成为科学家们研究的重点【=甘昀矗氲继骞獯呋诨繁!⒔】档确矫娴挠τ弥械玫窖杆俜⒄埂仅在水、大气和污水处理的领域,最近年来,每年都有数千篇的科学论文发目前广泛研究的半导体光催化剂大多数都属于宽禁带的桶氲继寤取T谡庑┌氲继逯蠺和拇呋钚宰罡撸玓、在光照射时不稳定,因为光阳极腐蚀而产生、:庑┝W佣陨镉卸性,对环境有害。光催化材料是当前最有应用潜力的一种光催化剂。它的优点是:光照后不发生光腐蚀,耐酸碱性好,化学性质稳定,对生物无毒性;来源丰富,世界年消费量为蚨郑耗芟督洗螅馍缱雍涂昭ǖ牡缡电位高,有很强的氧化性和还原性。所以半导体光催化主要集中于,作为耐久的光催化剂已经被应用在处理各种环境问题上【
·一—猒橡/.———◆半导体粒子具有能带结构,且半导体的能带是不连续的。一般由填满电子,涂盏母吣艿即带和导带之间存在禁带‘。而氧化钛是一种宽禁带半导体,常用的宽禁带半导体的吸收波长阈值大都在紫外光区,它们大多在可见光区不吸收。,光催化所需入射光最大波长为断光吸收阈值叫。氲继宓慕矶菶酱螅蚨杂Σ墓馍缱雍涂穴的氧化一还原电极电势越高。的能带结构与被吸附物质的还原电势,决定了其光催化反应的能力。热力学允许的光催化氧化一还原反应,要求受体电势比导带电势低,给体电势比价带电势高,才能发生氧化一还原反应【。而电子一空穴的电势大于纫恍┏S玫难趸换乖缍裕高锰酸钾、氯气、臭氧甚至氟气的电极电势还要高,所以其具有很强的氧化性。当被波长小于墓庹丈浜螅芄槐患し⒉馍缱右豢昭对,并与氧气或水结合产生化学性质极为活泼的自由基基团,主要的自由基及反应历程可由下面的示意图和一系