光催化—膜組合工藝去除腐殖酸的效能與機理研究.pdf

1、膜過濾技術(shù)越來越廣泛地應(yīng)用于飲用水處理中，但地表水中含有的腐殖酸（HA,HumicAcid）物質(zhì)是一種膜污染物質(zhì)，在膜過濾過程中會引起較為嚴重的膜污染現(xiàn)象，并會在消毒過程中產(chǎn)生對人體有害的消毒副產(chǎn)物。因此，本論文提出光催化—膜組合工藝用以去除腐殖酸，其中，光催化技術(shù)作為膜過濾技術(shù)的預(yù)處理工藝，能夠降解腐殖酸，減輕膜污染。
　　光催化技術(shù)是光催化—膜組合工藝的重要部分，為了正確應(yīng)用光催化技術(shù)，必須深刻理解光催化氧化降解腐殖酸的基本規(guī)

2、律。光催化—膜組合工藝作為一項新型的水處理技術(shù)，對其除污染效能、膜污染性質(zhì)等方面的研究對該技術(shù)的實際應(yīng)用具有重要意義。為了防止納米TiO2在膜組合工藝中的流失以及防止膜污染，本研究中采用溶膠凝膠法制備了硅膠負載型TiO2作為光催化劑。此外，光催化—膜組合工藝實現(xiàn)了光催化反應(yīng)的自動連續(xù)運行，為考察光催化劑TiO2的連續(xù)使用情況，以及催化劑的失效原因提供了研究條件，為光催化技術(shù)的實際應(yīng)用打下基礎(chǔ)。
　　本文主要進行了光催化—膜組合工藝

3、去除腐殖酸的效能研究，去除腐殖酸的影響因素研究，膜污染研究，以及組合工藝中光催化降解腐殖酸機理和光催化劑TiO2的失效機理研究。
　　研究了光催化—膜組合工藝去除腐殖酸的效能。靜態(tài)光催化降解腐殖酸試驗結(jié)果表明，大分子量（MW,MolecularWeight）的腐殖酸類物質(zhì)能夠被光催化反應(yīng)完全降解，但會生成小分子量類蛋白物質(zhì)的中間產(chǎn)物，并且該類物質(zhì)較難降解。在光催化—膜組合工藝運行過程中，組合工藝的膜出水的有機物濃度一直很低，主要是

4、一些類蛋白物質(zhì)。在光催化膜反應(yīng)器內(nèi)，在系統(tǒng)運行前32h，光催化氧化能夠有效地降解腐殖酸，膜反應(yīng)器內(nèi)有機物以腐殖酸降解中間產(chǎn)物類蛋白物質(zhì)為主；隨著TiO2降解性能的下降，腐殖酸降解效果下降，系統(tǒng)運行32h之后，膜反應(yīng)器內(nèi)混合液中大分子量腐殖質(zhì)類物質(zhì)增加。在光催化—膜組合工藝運行過程中，在膜表面會逐漸形成污染層，并且該污染層對去除有機物起到重要的作用。
　　研究了一些影響因素對光催化—膜組合工藝去除腐殖酸效果的影響。靜態(tài)光催化降解腐殖

5、酸試驗結(jié)果表明，光催化降解腐殖酸的反應(yīng)符合準一級反應(yīng)動力學(xué)；反應(yīng)速率常數(shù)隨腐殖酸初始濃度減小、TiO2投加量增大、pH減小、反應(yīng)溫度升高而升高；Ca2+、Mg2+、HCO?、23HPO?會抑制光催化降解腐殖酸，Cl?、4進腐殖酸的吸附，對腐殖酸的降解有一定的促進作用。在光催化—膜組合工藝運行SO?能夠促24過程中，增大腐殖酸初始濃度、降低膜通量都會降低連續(xù)光催化降解腐殖酸的效能，間歇運行能夠增強連續(xù)光催化降解腐殖酸效能。
　　研究

6、了光催化—膜組合工藝中的膜污染現(xiàn)象。靜態(tài)光催化降解試驗結(jié)果表明：腐殖酸在光催化降解60min后，不再對膜產(chǎn)生污染，而且生成的小分子副產(chǎn)物不會對膜產(chǎn)生污染。光催化—膜組合工藝運行結(jié)果表明：光催化技術(shù)作為膜過濾的預(yù)處理技術(shù)能夠有效控制膜污染。光催化—膜組合工藝的膜表面污染層結(jié)構(gòu)比較疏松，具有較高的粗糙度，有利于降低膜阻力。較低的腐殖酸初始濃度、較低的膜通量、間歇式運行方式有利于降低膜污染。
　　研究了光催化—膜組合工藝中的光催化降解機

7、理以及光催化劑TiO2的失效機理。試驗結(jié)果表明：隨著pH值升高，TiO2對腐殖酸的吸附逐漸減弱；光催化降解HA的過程中，羥基自由基能夠起到重要作用，并且酸性條件下羥基自由基的氧化作用主要在TiO2表面，堿性條件下OHi的氧化作用發(fā)生在溶液中；無溶解氧狀態(tài)下光催化降解HA的反應(yīng)幾乎停止。TiO2的失效是由于在TiO2表面吸附較好的小分子有機物與吸附較弱的大分子腐殖酸物質(zhì)發(fā)生了競爭反應(yīng)。在光催化—膜組合工藝中實現(xiàn)了在線紫外再生，對TiO2的