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文檔簡介
1、水是生命之源。我國人均水資源少,且時空分布不均,再加之水資源浪費巨大,水污染問題突出,對水資源缺乏合理的開采和利用,造成水資源短缺。它將成為二十一世紀(jì)制約我國社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要因素。水環(huán)境是可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中最重要、最基本的內(nèi)容,直接關(guān)系到我國現(xiàn)代化建設(shè)的成敗。環(huán)境監(jiān)測部門的一大重任就是防治水環(huán)境污染,而污水能否達標(biāo)排放由污水的污染指數(shù)決定,其中最重要的指標(biāo)是污水的化學(xué)需氧量值(COD)。COD是用氧化劑(如重鉻酸鉀或高錳酸鉀)在一
2、定條件下氧化水中有機污染物質(zhì)和一些還原物質(zhì)所需的氧量,以每升水樣消耗氧的毫克數(shù)表示?;瘜W(xué)需氧量往往作為衡量水中有機物質(zhì)含量多少的指標(biāo),是水質(zhì)監(jiān)測的重要參數(shù)之一。具有光催化活性的TiO<,2>在一定能量的光激發(fā)下,產(chǎn)生具有強氧化性的羥基自由基,可將水中污染物進行深度降解。利用此原理可望實現(xiàn)對有機污染物的快速、實時監(jiān)測,為環(huán)境污染物的監(jiān)測提供一種全新的理念和思路。 本論文制備并表征了不同的具有光催化活性TiO<,2>薄膜電極,探
3、討了TiO<,2>薄膜電極的光催化氧化有機物的機理,提出了一種對有機物進行電助光催化氧化降解,進而對水體化學(xué)需氧量進行測定的新方法。本方法主要是利用這些電極對水體中有機物進行電助光催化氧化,再通過測定氧化有機物過程中在工作電極上收集到的信號(如電流)來對水體的化學(xué)需氧量進行準(zhǔn)確地測定。所研究的方法具有靈敏度高、線性范圍寬,單樣分析時間短、操作簡單和環(huán)境友好等特點,且與COD標(biāo)準(zhǔn)分析法比對具有好的相關(guān)性,能夠?qū)崿F(xiàn)對污水COD的快速檢測,為
4、水質(zhì)分析提供了有效的手段。 第一章 本部分對具有光催化活性的TiO<,2>制備、光催化性能和機理、應(yīng)用及化學(xué)需氧量檢測等領(lǐng)域的現(xiàn)狀和進展作了闡述,對當(dāng)前領(lǐng)域的發(fā)展作了詳細的概括和介紹。 第二章 本章利用陽極氧化技術(shù)結(jié)合激光煅燒的方法制備了Ti/TiO<,2>電極。X射線衍射(XRD)結(jié)果表明制得的TiO<,2>薄膜的晶型主要是銳鈦礦型。通過交流阻抗(EIS)法和光催化氧化亞甲基蘭(MB)的實驗研究了Ti/TiO<
5、,2>電極的光催化性能。在實驗過程中,探討了Ti/TiO<,2>電極電助光催化降解有機物的機理。為了研究電極深度礦化有機物的情況,還考察了降解過程中反應(yīng)液化學(xué)需氧量的去除率,利用激光煅燒和馬弗爐燒結(jié)制得的不同Ti/TiO<,2>電極對亞甲基蘭溶液電助光催化降解150 min后,亞甲基蘭溶液的脫色率(Dt)分別為97.3%和88.8%,反應(yīng)液COD的去除率(De)分別為82.0%和68.0%,對有機物的深度礦化選擇系數(shù)(S)分別為87.
6、5%和76.6%。 第三章本章采用溶膠-凝膠結(jié)合激光煅燒的方法制備了Ti/TiO<,2>電極,并將該電極作為安培傳感器,與流動注射分析(FIA)聯(lián)用,應(yīng)用于水體化學(xué)需氧量的測定。本方法是利用Ti/TiO<,2>電極對水樣中的有機物進行電助光催化氧化,在反應(yīng)同時通過采集工作電極上產(chǎn)生的電流信號來對水體的COD值進行定量的。以鄰苯二甲酸氫鉀(KHP)為模擬物,考察了本方法測定COD的效果,實驗結(jié)果表明,COD值在50~1000 m
7、gl<'-1>的范圍內(nèi),Ti/TiO<,2>電極上產(chǎn)生的電流響應(yīng)信號與水樣中的COD<,Cr>值成正比例關(guān)系,本方法檢出限為15 mgl<'-1>(S/N=3)。將該方法用于實際水樣測定,分析時間短,減少了對環(huán)境的二次污染,本方法與國家COD標(biāo)準(zhǔn)分析法進行比對具有好的相關(guān)性。另外,還將用激光煅燒制備的和馬弗爐煅燒制備的Ti/TiO<,2>電極進行了對比研究,結(jié)果表明,利用激光煅燒制備的傳感器具有更好的光催化活性,用于水體COD值的測定也
8、具有更高的檢測靈敏度。 第四章本章制備了Ti/TiO<,2>/PbO<,2>電極并研究了其對水中有機物的光-電協(xié)同催化氧化作用。以Ti/TiO<,2>/PbO<,2>電極作為工作電極,采用流動注射法來快速檢測水體化學(xué)需氧量,并同電催化、電助光催化法進行了比較。實驗結(jié)果表明,以Ti/TiO<,2>/PbO<,2>電極作為安培傳感器,利用光.電協(xié)同催化的方法, COD值檢測線性范圍在30~2500 mgl<'-1>,檢測限達到
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