懸浮體系納米TiO2光催化劑的絮凝回收再利用研究.pdf

1、在所有的半導(dǎo)體光催化劑中,TiO2由于其自身無毒、無害、無腐蝕性、催化活性高、氧化能力強(qiáng)、可反復(fù)使用、無二次污染和能將有機(jī)污染物完全礦化成水(H2O)和無機(jī)離子等優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是最具有前景的治理有機(jī)污染物的綠色材料之一。TiO2的研究及應(yīng)用形式主要分為懸浮體系和負(fù)載體系。懸浮態(tài)的TiO2由于其比表面積大和分散性良好,具有較高的催化效率,但存在回收困難的問題,使處理成本急劇上升。將TiO2固定在玻璃、陶瓷等塊狀材料及粉體材料上,雖解決了回收

2、難的問題,但是光催化效率卻明顯下降。絮凝沉淀法是常用的水處理重要操作單元之一,具有應(yīng)用廣泛,成本低廉的特點(diǎn)。絮凝作用的對象主要是水中不溶性物質(zhì)形成的憎液溶膠及懸浮顆粒,而TiO2在水中一般呈膠體狀態(tài)存在,因此本論文嘗試?yán)眯跄齽┦筎iO2顆粒絮凝沉降,進(jìn)而對其進(jìn)行重復(fù)利用。
　　選擇四種絮凝劑聚合氯化鋁(PAC)、聚合硫酸鐵(PFS)、聚丙烯酰胺(PAM)、聚乙烯亞胺(PEI)對P25商品TiO2進(jìn)行“絮凝回收—再利用”研究,通過

3、對濁度的評價(jià),分別確定了最佳絮凝劑投加量及最佳pH值。在最佳絮凝條件下所得到的TiO2絮體經(jīng)過超聲分散后進(jìn)行光催化降解苯酚的實(shí)驗(yàn),如此反復(fù)10次考察光催化劑的使用壽命;設(shè)計(jì)TiO2和絮凝劑對苯酚的吸附對照試驗(yàn),說明絮凝劑對苯酚的吸附作用;對絮凝過程中及超聲處理后的光催化劑顆粒作粒徑分析,考察絮凝劑對TiO2光催化劑粒徑的影響;選擇“絮凝回收—再利用”效果最佳的一種絮凝劑,通過核算10次絮凝實(shí)驗(yàn)中絮凝劑的投加量與相同次數(shù)光催化降解實(shí)驗(yàn)中T

4、iO2光催化劑的投加量,評價(jià)TiO2光催化劑的絮凝回收及再利用的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。用水熱法制備表面帶負(fù)電荷的SiO2改性的TiO2光催化劑,選擇四種陽離子型的絮凝劑(PAC、PFS、CPAM、PEI)對其進(jìn)行“絮凝回收—再利用”研究。通過研究,得出以下結(jié)論:
　　1.用水熱法制備SiO2改性的TiO2光催化劑,其光催化活性比在同一條件下制得的純TiO2的光催化活性明顯提高。由XRD、TEM、FTIR分析表明:適量SiO2的引入抑制了TiO

5、2晶粒的生長;煅燒使得光催化劑顆粒發(fā)生一定團(tuán)聚;改性TiO2光催化劑中TiO2與SiO2之間以Ti-O-Si化學(xué)鍵相結(jié)合。由Zeta電位分析得出改性TiO2光催化劑的懸浮體系中顆粒表面帶負(fù)電荷。
　　2.考察絮凝劑投加量對光催化劑絮凝沉降效果的影響可以得出:無論是無機(jī)絮凝劑還是有機(jī)絮凝劑都存在最佳投加量,小于或者大于最佳投加量,絮凝回收效果都不好;對于P25,有機(jī)絮凝劑對其具有較好的絮凝沉降作用,其中PAM效果最好,余濁可達(dá)到1N

6、TU;對于改性TiO2光催化劑,絮凝劑PAC與PFS對其的絮凝沉降效果最好,余濁可達(dá)到0NTU。
　　3.考察pH值變化對絮凝沉降效果的影響可以發(fā)現(xiàn):絮凝劑使用的最佳pH值與顆粒本身的性質(zhì)沒有關(guān)系,不同類型的聚丙烯酰胺類絮凝劑使用的最佳pH值不同。PAC和PFS在pH為中性和偏堿性的條件下具有較好的絮凝效果,PEI的最佳pH為中性;PAM與CPAM的最佳pH范圍分別為4~7、7~9之間。
　　4.分別對兩種光催化劑在絮凝過程

7、中不同時刻及超聲分散后的顆粒粒徑進(jìn)行粒徑分布分析,結(jié)果表明:投加絮凝劑對光催化劑的粒徑分布有很大影響;超聲震蕩可以使得光催化劑重新分散開來,獲得比較理想的粒徑分布。
　　5.吸附對照試驗(yàn)結(jié)果表明:苯酚濃度為25mg/L時,光催化劑與絮凝劑對苯酚的吸附作用對于濃度的影響不大。
　　6.在最佳絮凝劑投加量,最佳pH條件下,將絮凝沉降的光催化劑進(jìn)行10次反復(fù)“絮凝回收—再利用”實(shí)驗(yàn),考察光催化劑的使用壽命。從苯酚的降解率變化可以得

8、出:利用有機(jī)高分子絮凝劑,10次反復(fù)絮凝沉降再利用后,苯酚的光催化降解率依然保持在95％以上。而經(jīng)過無機(jī)高分子絮凝劑絮凝沉降的光催化劑在重復(fù)利用中,苯酚的光催化降解率發(fā)生很大變化,隨著絮凝沉降次數(shù)的增加,苯酚的降解率逐漸下降,且下降速度很快。經(jīng)過PFS絮凝回收的P25TiO2及改性的TiO2光催化劑重復(fù)利用10次后苯酚的降解率分別為為25.9%、10%;經(jīng)過PAC絮凝回收的P25TiO2及改性的TiO2光催化劑重復(fù)利用10次后苯酚的降解