納米TiO2/Fe3O4粒子光催化

處理有機(jī)廢水

實(shí)驗(yàn)主講:高敏江小組成員:楊永輝2007.10.24報告提綱1背景簡述和設(shè)計思路2實(shí)驗(yàn)方法和結(jié)果分析

(1)納米TiO2/Fe3O4復(fù)合粒子的制備和表征(2)光催化降解有機(jī)物試驗(yàn)3結(jié)論（下一步工作設(shè)想）1背景簡述和設(shè)計思路水污染導(dǎo)致水質(zhì)性缺水；傳統(tǒng)水處理方法不盡理想；TiO2光催化處理有機(jī)廢水，是典型的綠色技術(shù)；在光催化劑的修飾和回收方面,仍然存在一些問題，且缺乏對實(shí)際廢水的處理應(yīng)用研究。本實(shí)驗(yàn)主要以磁性納米TiO2/Fe3O4粒子光催化處理實(shí)際有機(jī)廢水及其影響因素的研究作為實(shí)驗(yàn)?zāi)康模瑫r實(shí)現(xiàn)催化劑的可回收。納米TiO2光催化處理有機(jī)廢水原理光催化機(jī)理示意圖機(jī)理：問題：（1）光生載流子不穩(wěn)定；（2）

TiO2

禁帶較寬；（3）納米TiO2顆粒較小，易流失。方案：（1）光生電子／空穴對的有效分離途徑：光催化劑改性（如：復(fù)合）；（2）納米TiO2回收利用的探討：如支載型；前人研究說明，采用磁性納米TiO2/Fe3O4光催化復(fù)合材料回收法相對其他方法效果更好，操作簡便，是比較可行的方法。2實(shí)驗(yàn)方法和結(jié)果分析2.1實(shí)驗(yàn)方法(1)納米TiO2/Fe3O4復(fù)合粒子的制備和表征

制備思路：

表征作用:⑴了解粒子的形貌、性能和成分組成情況；⑵確定現(xiàn)有試驗(yàn)條件和內(nèi)容下，相對較好的制備方案，磁核復(fù)合粒子手磨球磨自制水浴法水熱法(2)光催化降解有機(jī)物試驗(yàn)

試驗(yàn)思路：預(yù)備試驗(yàn)甲基蘭試劑焦化廢水確定方向先驅(qū)對象總有機(jī)物、COD、氨氮

磁核形貌對比球磨手磨自制2.2結(jié)果分析（1）光催化劑制備磁核衍射對比球磨自制磁核磁檢對比球磨自制磁核粒子的飽和磁化強(qiáng)度較小，偏移原點(diǎn)，磁性能一般；相較自制磁核，剩余磁化強(qiáng)度又強(qiáng)很多，不利于外加磁場的控制。39.3862.66

復(fù)合粒子制備方法對比

（球磨磁核復(fù)合粒子）水浴法制備衍射圖樣（TiO2特征峰相對較弱

）水熱法制備（分層現(xiàn)象）（自制磁核復(fù)合粒子）（用作水處理）水浴法制備TiO2Fe3O4較高倍數(shù)TEM相應(yīng)XRD表征復(fù)合粒子兩種成分衍射特征峰都已明顯出現(xiàn)復(fù)合粒子磁性檢測球磨水浴自制水浴復(fù)合前后粒子飽和磁化強(qiáng)度稍有降低；剩余磁化強(qiáng)度相比自制磁核及其復(fù)合粒子，呈較高數(shù)值。46.4539.08相對較好的復(fù)合條件自制磁核磁核取用量：2.0g物質(zhì)的量比TiO2：Fe3O4=10TBOT混合液配比及順序：30ml乙醇+3ml乙酸+30mlTBOT鹽酸調(diào)節(jié)：pH=2復(fù)合方法：水浴法復(fù)合條件：40℃、0.5h熱處理溫度：450℃

鼓氣裝置設(shè)計初稿（2）光催化裝置設(shè)計避免沉積中心的形成；反應(yīng)器底部是重點(diǎn)設(shè)計部分最終確定設(shè)計圖（微孔鈦板）裝置成品甲基蘭測試實(shí)驗(yàn)不同催化劑用量對降解率的影響（3）光催化降解自制磁核復(fù)合粒子回用曲線61.1%

75.6%

67.8%

62.0%

75.6%

66.2%

回用情況比較原水

使用第二次

使用第一次

使用第三次裝置工作圖

不同條件對比75.6%

71.2%

15.3%

處理前后水樣對比處理前處理后取樣（mL）20040成分苯類酚類有機(jī)氮類萘、蒽類聚二甲基硅氧烷焦化廢水成分分析GC-MS結(jié)果焦化廢水特征量降解COD變化曲線氨氮變化曲線98.91%57.60%

77.35%

濁度變化情況65.036.4

結(jié)論(1)球磨磁核TiO2/Fe3O4（約100nm）粒子復(fù)合形貌較好，但磁核表面結(jié)合能小，TiO2易沖洗流失，相對含量較小；

自制磁核TiO2/Fe3O4(25-30nm)粒子復(fù)合形貌良好，TiO2含量較大，衍射圖像清晰，物質(zhì)衍射三強(qiáng)峰明顯；磁核具有超順磁性，剩余磁強(qiáng)小，飽和磁強(qiáng)高，磁化性能顯著優(yōu)于前者，有很大的回收再利用潛力。(2)自制磁核TiO2/Fe3O4復(fù)合粒子有優(yōu)良的光催化活性，對焦化廢水水樣中COD和氨氮的光催化效果最佳，分別達(dá)到了98.91%和77.35%；對焦化廢水中總有機(jī)物的降解情況超過了預(yù)期水平。(3)曝氣作用，在光催化降解試驗(yàn)中起到了很大的促進(jìn)作用，但對甲基蘭和焦化廢水降解率的影響幅度不同：對前者，影響度低于15.3%；對后者，COD降解影響值達(dá)到了50%以上。下一步工作設(shè)想和建議針對大粒徑磁核復(fù)合粒子，建議考慮包裹適當(dāng)材料、適當(dāng)厚度的中間層，加強(qiáng)表面結(jié)合力，改善形貌、剩余磁化強(qiáng)度和團(tuán)聚現(xiàn)象；（向固著型轉(zhuǎn)變）由于實(shí)驗(yàn)時間有限，焦化廢水的處理應(yīng)用研究不夠充分，建議可以在現(xiàn)有試驗(yàn)的基礎(chǔ)上考慮更多的影響因素，并將研究深化和細(xì)致化，對光催化試驗(yàn)中一些尚不能合理解釋的現(xiàn)象（如：濁度隨時漸變化趨勢），進(jìn)行機(jī)理方面的分析考究；此外，對焦化廢水中可能存在的高沸點(diǎn)有機(jī)物，建議考慮使用HPLC進(jìn)行化學(xué)成分分析檢測；在實(shí)際有機(jī)廢水的處理應(yīng)用中，可以增加對鼓泡裝置的研究和改進(jìn)，以期在降解有機(jī)物的過程中，輔助光催化劑，收到更好的降解效果。參考文獻(xiàn):駱曉春，王雪峰等.水處理方法概述，應(yīng)用技術(shù)，2006，11：15～16.吉祝美，呂錫武.接觸氧化法在中小型生活污水處理中的應(yīng)用，凈水技術(shù)，2006，25（3）：43～45.毛紹春，姚文華等.高濃度有機(jī)廢水處理技術(shù)的研究進(jìn)展，云南化工，2004，31（3）：27～30，35.張予川，張瑩，馮輝.幾種廢水生物處理新工藝及其應(yīng)用，河南科技大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2003，24（2）：104～106.朱正斌.有機(jī)廢水的處理方法現(xiàn)狀及進(jìn)展，化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù)，2004，25（5）：50～54.魏剛，周慶等.水處理中的綠色化學(xué)與綠色技術(shù)，現(xiàn)代化工，2002，22（12）：43～46.程麗華，黎明，倪福祥.高級氧化技術(shù)在水處理中的應(yīng)用，青島建筑工程學(xué)院學(xué)報，2003，24（1）：22～25.宮磊，徐曉軍.焦化廢水處理技術(shù)的新進(jìn)展，工業(yè)水處理，2004，24（3）：9～11，20.張萬忠，喬學(xué)亮等.納米二氧化鈦的光催化機(jī)理及其在有機(jī)廢水處理中的應(yīng)用，人工晶體學(xué)報，2006，35（5）：1027～1031.

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