光催化—膜組合工藝去除腐殖酸的效能與機(jī)理研究.pdf

1、膜過(guò)濾技術(shù)越來(lái)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(guò)濾過(guò)程中會(huì)引起較為嚴(yán)重的膜污染現(xiàn)象，并會(huì)在消毒過(guò)程中產(chǎn)生對(duì)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(guò)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(xiàng)新型的水處理技術(shù)，對(duì)其除污染效能、膜污染性質(zhì)等方面的研究對(duì)該技術(shù)的實(shí)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(fù)載型TiO2作為光催化劑。此外，光催化—膜組合工藝實(shí)現(xiàn)了光催化反應(yīng)的自動(dòng)連續(xù)運(yùn)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(shí)際應(yīng)用打下基礎(chǔ)。
　　本文主要進(jìn)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(jī)理和光催化劑TiO2的失效機(jī)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(yàn)結(jié)果表明，大分子量（MW,MolecularWeight）的腐殖酸類(lèi)物質(zhì)能夠被光催化反應(yīng)完全降解，但會(huì)生成小分子量類(lèi)蛋白物質(zhì)的中間產(chǎn)物，并且該類(lèi)物質(zhì)較難降解。在光催化—膜組合工藝運(yùn)行過(guò)程中，組合工藝的膜出水的有機(jī)物濃度一直很低，主要是

4、一些類(lèi)蛋白物質(zhì)。在光催化膜反應(yīng)器內(nèi)，在系統(tǒng)運(yùn)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(jī)物以腐殖酸降解中間產(chǎn)物類(lèi)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(yùn)行32h之后，膜反應(yīng)器內(nèi)混合液中大分子量腐殖質(zhì)類(lèi)物質(zhì)增加。在光催化—膜組合工藝運(yùn)行過(guò)程中，在膜表面會(huì)逐漸形成污染層，并且該污染層對(duì)去除有機(jī)物起到重要的作用。
　　研究了一些影響因素對(duì)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(yàn)結(jié)果表明，光催化降解腐殖酸的反應(yīng)符合準(zhǔn)一級(jí)反應(yīng)動(dòng)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(huì)抑制光催化降解腐殖酸，Cl?、4進(jìn)腐殖酸的吸附，對(duì)腐殖酸的降解有一定的促進(jìn)作用。在光催化—膜組合工藝運(yùn)行SO?能夠促24過(guò)程中，增大腐殖酸初始濃度、降低膜通量都會(huì)降低連續(xù)光催化降解腐殖酸的效能，間歇運(yùn)行能夠增強(qiáng)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(yàn)結(jié)果表明：腐殖酸在光催化降解60min后，不再對(duì)膜產(chǎn)生污染，而且生成的小分子副產(chǎn)物不會(huì)對(duì)膜產(chǎn)生污染。光催化—膜組合工藝運(yùn)行結(jié)果表明：光催化技術(shù)作為膜過(guò)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(yùn)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(jī)

7、理以及光催化劑TiO2的失效機(jī)理。試驗(yàn)結(jié)果表明：隨著pH值升高，TiO2對(duì)腐殖酸的吸附逐漸減弱；光催化降解HA的過(guò)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(wú)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(jī)物與吸附較弱的大分子腐殖酸物質(zhì)發(fā)生了競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)。在光催化—膜組合工藝中實(shí)現(xiàn)了在線(xiàn)紫外再生，對(duì)TiO2的