光催化降解水體中有機(jī)污染物的研究.pdf

1、水體中有機(jī)污染物的治理是近年來(lái)環(huán)境治理的重點(diǎn)和難點(diǎn)。相對(duì)于常用的物理方法和生物方法，光催化降解技術(shù)以其廣譜適用性和對(duì)有毒有機(jī)物的敏感性，為有機(jī)廢水處理提供了一條新的、有工業(yè)化實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的途徑。 論文以納米TiO<,2>、微米TiO<,2>纖維和海底錳結(jié)核作為光催化劑，配合采用紫外光照射的方法，選取具有代表性、有毒和難以降解的有機(jī)磷、氨基甲酸酯類和有機(jī)氯殺蟲劑，及染料類化合物等作為研究對(duì)象，主要進(jìn)行了三方面的研究工作，對(duì)有毒、有

2、害的有機(jī)物廢水進(jìn)行TiO<,2>光催化降解處理、海水淡化預(yù)處理和海底錳結(jié)核對(duì)有機(jī)污染物的光催化降解，研究成果在光催化方面提供了有價(jià)值的科學(xué)理論依據(jù)和工業(yè)化應(yīng)用參考。 一、納米TiO<,2>光催化降解有機(jī)物的研究 1．采用納米TiO<,2>光催化降解有機(jī)磷殺蟲劑，目標(biāo)降解化合物為磷酸酯類的O,O-二甲基-2，2，2-三氯-1-羥基乙基膦酸酯(Trichlorfon，敵百蟲)和二硫代磷酸酯類的O,O-二甲基-S-(N-甲基氨

3、基甲酰甲基)二硫代磷酸酯(Dimethoate,樂(lè)果)，詳細(xì)研究了難分解的二硫代磷酸酯降解過(guò)程中納米TiO<,2>的用量、起始pH、樂(lè)果濃度、紫外燈光強(qiáng)、外加氧化劑(H<,2>O<,2>和K<,2>S<,2>O<,8>)、離子效應(yīng)(Fe<'3+>、Cu<'2+>、Zn<'2+>和Cr<'3+>)、陰離子效應(yīng)(Cl<'->、NO<,3><'->和HCO<,3><'->)、光敏劑(腐殖酸)、淬滅劑(丙酮)和超聲場(chǎng)(US／UV)協(xié)同效應(yīng)等因素

4、對(duì)降解效率所產(chǎn)生的影響，并利用GC-MS分析了樂(lè)果的降解產(chǎn)物。研究結(jié)果表明，單獨(dú)采用紫外光降解樂(lè)果120min，只有3.22％的樂(lè)果被降解，當(dāng)采用濃度為0.6g／L的納米TiO<,2>對(duì)樂(lè)果進(jìn)行120min光催化反應(yīng)后，80.15％的樂(lè)果被降解，光催化降解反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行到160min時(shí)，有99％的樂(lè)果被降解，并轉(zhuǎn)化為無(wú)毒的無(wú)機(jī)物。論文還依據(jù)量子化學(xué)程序計(jì)算結(jié)果證實(shí)了納米TiO<,2>光催化降解反應(yīng)的機(jī)理，并根據(jù)L-H光催化降解模型推導(dǎo)證明

5、了樂(lè)果的光催化降解符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程。 2．采用納米TiO<,2>光催化降解氨基甲酸酯類殺蟲劑—2,3-二氫-2,2-二甲基-7-苯并呋喃基．甲基氨基甲酸酯(Carbofuran呋喃丹)、 1-(甲硫基)亞乙基氨甲基氨基甲酸酯(Methomyl，滅多威)和2-(1-甲基乙氧基)苯基氨基甲酸酯(propoxur，殘殺威)，探索在降解過(guò)程中NH<,4><'+>，NO<,2><'->和NO<,3><'->的變化規(guī)律，研究結(jié)果顯示三

6、種氨基甲酸酯類化合物(呋喃丹、滅多威、殘殺威)采用納米TiO<,2>進(jìn)行光催化降解反應(yīng)，均能在l小時(shí)內(nèi)完全降解為NH<,4><'+>、NO<,3><'->和其它無(wú)機(jī)離子，其降解率數(shù)倍于純紫外光降解。 3．采用納米TiO<,2>/UV/H<,2>O<,2> 催化降解具有高毒性且很難降解的五氯酚鈉，其效果十分顯著。若單獨(dú)用紫外光降解五氯酚鈉1小時(shí)，只有59[％]的氯離子脫離轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)機(jī)離子，而采用納米TiO<,2>/LV/H<,2>

7、O<,2>光催化降解五氯酚鈉1小時(shí)，就能達(dá)到98[％]的脫氯率，實(shí)現(xiàn)有機(jī)氯化合物光催化快速完全脫氯的目標(biāo)。 4．采用納米TiO<,2>光催化降解偶氮類染料甲基橙和醌類染料羅丹明B，探索出含氮染料在TiO<,2>光催化降解過(guò)程中NH<,4><'+>，NO<,2><'->和NO<,3><'->的變化規(guī)律，并以甲基橙為目標(biāo)降解化合物，重點(diǎn)研究了在自制TiO<,2>光催化劑中摻雜Bi和Co后對(duì)光催化降解效率的影響。研究結(jié)果表明純紫外光

8、降解甲基橙、羅丹明B60min后，其脫色率分別為83.07[％]、91.35[％]，而采用納米TiO<,2>光催化降解甲基橙和羅丹明B僅15min，它們的脫色率就分別達(dá)到94.98[％]和100[％]。過(guò)渡態(tài)金屬Bi離子和Co離子的摻雜，TiO<,2>的降解率能提高約8[％]。 5．采用納米TiO<,2>光催化降解海水中的總?cè)芙庥袡C(jī)碳(TOC)，能在120min內(nèi)降解海水中64.7[％]的DOC，而單獨(dú)用紫外光降解海水120mi

9、n，只能降解14.5[％]的DOC，首次提出海水淡化預(yù)處理的TiO<,2>光催化法。 二、微米級(jí)TiO<,2>纖維光催化降解有機(jī)物的研究。 論文以O(shè)，O-二甲基-2，2，2-三氯-1-羥基乙基膦酸酯(trichlorfon，敵百蟲)為目標(biāo)降解化合物，著重研究了TiO<,2>纖維在光催化降解過(guò)程中TiO<,2>纖維的用量、起始pH、敵百蟲濃度、外加氧化劑(H<,2>O<,2>)、Cu<'2+>離子效應(yīng)、Cl<'->離子效應(yīng)

10、、光敏劑腐殖酸等因素對(duì)降解效率所產(chǎn)生的影響。研究結(jié)果表明，Tio<,2>纖維和納米TiO<,2>在60min內(nèi)分別降解了96.42[％]和99.86[％]的敵百蟲，TiO<,2>纖維由于具有納米孔道結(jié)構(gòu)，因而達(dá)到了納米TiO<,2>的光催化活性。 三、論文首次將價(jià)格低廉、儲(chǔ)量巨大的海底錳結(jié)核作為光催化劑，以染料甲基橙為降解物質(zhì)，研究其光催化效果，探索出在光催化降解過(guò)程中錳結(jié)核的用量、起始pH、是否通空氣、甲基橙濃度、外加氧化劑(