TiO-,2-復(fù)合紙板對(duì)有機(jī)廢氣、廢水的光催化降解研究.pdf

1、隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，有毒廢氣、廢水對(duì)環(huán)境和人體健康的危害問(wèn)題也日趨嚴(yán)重，環(huán)境治理新技術(shù)的開(kāi)發(fā)一直是研究的熱點(diǎn)之一。近年來(lái)，以半導(dǎo)體(以TiO2為代表)為催化劑的光催化處理技術(shù)因其能夠完全氧化污染物、不產(chǎn)生二次污染的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)被越來(lái)越多的研究者應(yīng)用于治理染料廢水的研究中。通過(guò)研究已證實(shí)：幾乎所有染料均可通過(guò)光催化過(guò)程得到降解，對(duì)于許多無(wú)法進(jìn)行生物降解的，也可以通過(guò)光催化過(guò)程得到轉(zhuǎn)化。但目前該技術(shù)在工業(yè)化應(yīng)用中存在以下的局限：1、TiO2的

2、帶隙能較寬而導(dǎo)致太陽(yáng)能利用率較低及光催化的量子效率低；2、懸浮體系中，細(xì)微的粉末狀光催化劑易凝聚失活、不易回收利用。 本研究的前期工作中，開(kāi)發(fā)了用紙板生產(chǎn)技術(shù)制備二氧化鈦復(fù)合紙板的新技術(shù)，將TiO2光催化劑負(fù)載在紙板上。該法具有成本低廉、條件易控、操作簡(jiǎn)單、工作環(huán)境好、產(chǎn)物收率大等優(yōu)點(diǎn)，解決以往負(fù)載技術(shù)存在的生產(chǎn)成本高、設(shè)備復(fù)雜、條件要求苛刻、負(fù)載不牢固等問(wèn)題，可望實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，打破光催化劑在實(shí)際應(yīng)用中存在的瓶頸。本研究進(jìn)一

3、步研究了二氧化鈦復(fù)合紙板結(jié)構(gòu)與其對(duì)不同有機(jī)物的光催化降解性能的關(guān)系以及應(yīng)用條件。 1、二氧化鈦復(fù)合紙板對(duì)甲苯的光催化降解性能與應(yīng)用條件 二氧化鈦.吸附劑復(fù)合紙板中吸附劑的結(jié)構(gòu)對(duì)紙板吸附甲苯的能力影響大，吸附劑對(duì)甲苯吸附能力的順序?yàn)楣柙逋?膨潤(rùn)土>人造沸石。在本研究的條件下復(fù)合紙板對(duì)甲苯光催化降解的能力與其吸附能力一致，二氧化鈦.硅藻土復(fù)合紙板對(duì)甲苯的光催化降解性能最大。復(fù)合紙板中功能粉體含量為60％時(shí)，二氧化鈦與硅藻

4、土的質(zhì)量比為1時(shí)，復(fù)合紙板對(duì)甲苯的光催化降解性能最大。隨著反應(yīng)器內(nèi)的甲苯初始濃度由44.2 mg/L減小至9.1 mg/L，光照4.5 h后甲苯的降解量由260 mg減為130 mg，而降解率由21.2％增大至51.2％。在紫外燈功率一定時(shí)甲苯的光催化降解量隨反應(yīng)器內(nèi)復(fù)合紙板數(shù)的增大而增加，但隨紙板數(shù)的增多，相互遮擋的現(xiàn)象越嚴(yán)重，紙板數(shù)增多的效果下降。在本研究條件下增加水分濃度導(dǎo)致復(fù)合紙板對(duì)甲苯光催化降解的能力下降。復(fù)合紙板可多次重復(fù)利

5、用，但期間需進(jìn)行“復(fù)活”處理隨TiO2-硅藻土復(fù)合紙板對(duì)甲苯光催化降解的進(jìn)行，歸屬甲苯的峰面積不斷減小，但氣相色譜圖上并沒(méi)有出現(xiàn)其他明顯的新峰，說(shuō)明甲苯主要被礦化。 2、二氧化鈦復(fù)合紙板對(duì)制鞋膠粘劑中揮發(fā)性有機(jī)物的光催化降解性能與應(yīng)用條件 工廠提供的三種膠粘劑中溶劑組成為二氯乙烯、正己烷、苯、醋酸丁酯和甲苯，其中苯和甲苯的質(zhì)量比均大于50％，有的高達(dá)75％。揮發(fā)性有機(jī)物在白熾燈光照下?lián)]發(fā)，反應(yīng)器揮發(fā)性有機(jī)物總峰面積在

6、170 min后趨于穩(wěn)定，說(shuō)明反應(yīng)器氣密性良好，可用于光催化降解反應(yīng)。對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物的光催化降解能力為二氧化鈦-硅藻土復(fù)合紙板>二氧化鈦-膨潤(rùn)土復(fù)合紙板>二氧化鈦-人造沸石復(fù)合紙板。二氧化鈦與硅藻土的質(zhì)量比為1時(shí)，揮發(fā)性有機(jī)物的降解率最大，為52.7％。本研究的條件下二氧化鈦-硅藻土復(fù)合紙板的光催化效率隨著光強(qiáng)的增大而提高。隨著紙板面積的增加，揮發(fā)性有機(jī)物的降解率增加，但0.094 m2增加到0.220 m2時(shí)，揮發(fā)性有機(jī)物的降解率只有

7、增加6.3％。預(yù)期所研制的二氧化鈦-硅藻土復(fù)合紙板對(duì)微克級(jí)的有機(jī)溶劑廢氣有較高的降解率。隨著光催化降解時(shí)間的延長(zhǎng)，色譜圖上流出時(shí)間在5.32min的苯峰和5.59 min的甲苯峰的面積不斷減少，在4.96 min、5.0.min和5.13 min出現(xiàn)三個(gè)小峰，且隨著光照時(shí)間的增加，這三個(gè)峰面積也不斷增大，可以推測(cè)這三個(gè)峰屬于揮發(fā)性有機(jī)物的光催化降解產(chǎn)物。進(jìn)一步延長(zhǎng)光照射時(shí)間，揮發(fā)性有機(jī)物可完全降解。 3、二氧化鈦復(fù)合紙板對(duì)NP

8、-10水溶液的光催化降解性能與應(yīng)用條件 吸附劑結(jié)構(gòu)對(duì)二氧化鈦復(fù)合紙板對(duì)NP-10的吸附性能影響大，二氧化鈦復(fù)合紙板中吸附劑對(duì)NP-10的吸附能力為活性炭>膨潤(rùn)土>硅藻土>人造沸石。二氧化鈦復(fù)合紙板對(duì)NP-10的光催化降解能力與其對(duì)NP-10的吸附能力一致，降解率的順序?yàn)榛钚蕴?膨潤(rùn)土>硅藻土>人造沸石>無(wú)吸附劑，表現(xiàn)出二氧化鈦與吸附劑的協(xié)同作用。復(fù)合紙板中二氧化鈦與活性炭的質(zhì)量比對(duì)光催化降解性能的影響大，活性炭含量為15％時(shí)，

9、光催化降解性能最大。二氧化鈦復(fù)合紙板對(duì)NP-10的光催化降率解隨NP-10的初始濃度的增加而先增大后減小。NP-10的初始濃度40 mg/L時(shí)降解率最大。降解反應(yīng)符合似二級(jí)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)速度方程式。二氧化鈦復(fù)合紙板和過(guò)氧化氫對(duì)光催化降解NP-10有協(xié)同效應(yīng)，在過(guò)氧化氫濃度為20 mg/L時(shí)，光催化降解作用最大。Fe3+離子摻雜大幅增大二氧化鈦復(fù)合紙板對(duì)NP-10光催化降解率，最大可達(dá)150％。光催化降解72 h后NP-10溶液的UV譜圖中2