纳米光催化剂用于污水处理研究

【摘要】： 随着工业的发展，环境污染已经成为人们面临的一个全球性的严峻挑战。在处理污染有机物的方法中，光催化氧化还原反应因其具有简单易行、经济实用、无二次污染等特点，已经引起了研究者的广泛关注。光催化降解通常使用紫外光作光源。但近年来，由于紫外光代价昂贵、且难以得到，研究者们对太阳光和可见光发生了浓厚的兴趣。为了提高光催化剂的催化性能，许多研究者已经将更多的注意力转移到纳米光催化剂的制备和提高光催化剂的催化活性上来。 在本论文中，我们研究了自制纳米Cu2O光催化剂在太阳光下对亚甲基蓝和染料工业污水的催化降解。结果表明亚甲基蓝和工业污水被有效降解。 我们还采用了掺杂Ru的方法对纳米TiO2的制备进行了研究，以提高TiO2对可见光的吸收能力。此外，阳极偏压对光生电子与空穴的复合的抑制作用已经被广泛报道。在本文中，为了提高TiO2纳米粒子的光催化效率，我们首次将SPE法移植到电助光催化处理污染有机物的研究中。实验发现，这种技术可以不用加入支持电解质，还能阻止阳极和阴极上析出的氢气发生无效反应。 本论文对光催化降解污染有机物的研究主要进行了以下三个方面的探讨： 1、以自制的纳米氧化亚铜光催化剂将可见光催化应用于污水处理，以亚甲基蓝为模型化合物，详细研究了亚甲基蓝溶液和染料污水在可见光照射下，在多相光催化分散体系中的分解。 2、研究了RuO2掺杂的纳米TiO2薄膜在电助光催化中的应用。采用溶胶-凝胶法制备TiO2薄膜电极，并探讨了不同条件下的溶胶-凝胶法的实验过程。亚甲基蓝的降解实验显示，这种阳极材料的性能优越，而且将贵金属Ru的掺杂量从文献报道中推荐的30％减少到了本实验中的1％。采用这种自制的掺杂钌的纳米TiO2薄膜电极，建立起了电助光催化处理污水的实验体系。 3、SPE法电助光催化处理染料废水的研究。通过对SPE法电助光催化的影响因素的研究，找出合适的光催化最佳条件。通过实验可以看出，采用 dA 硕士学位论文 心叮》yAl竹TPP．”S Tk“ SPE法可以提高光催化效率。该法具有简便、经济同时避免使用电解质 造成二次污染的优点。 【关键词】：纳米光催化剂 电助光催化 污水 SPE法
【学位授予单位】：华中师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2002
【分类号】：X703
【目录】：

• 中文摘要（Chinese Abstract）3-5
• 英文摘要（English Abstract）5-12
• 第1章 绪论12-25
• 英文摘要12
• 1．1 染料废水处理技术的研究与发展12-13
• 1．1．1 染料的发色机理12
• 1．1．2 染料废水的脱色方法12-13
• 1．2 半导体多相光催化剂的应用研究13-17
• 1．2．1 半导体异相光催化的研究历史和背景13-14
• 1．2．2 光催化的基本原理14-16
• 1．2．3 光催化降解在环境污染治理中的应用前景16-17
• 1．3 纳米微粒在光催化中的应用17-19
• 1．3．1 纳米催化剂的发展17-18
• 1．3．2 半导体纳米粒子的光催化18-19
• 1．4 电助光催化降解水中有机物的研究进展19
• 1．5 本课题的提出和我们的设想19-21
• 参考文献21-25
• 第2章 纳米氧化亚铜可见光催化处理染料废水的研究25-42
• Abstract25
• 2．1 引言25-27
• 2．2 实验原理27-28
• 2．3 实验部分28-29
• 2．3．1 实验仪器28
• 2．3．2 实验样品28
• 2．3．3 实验装置28-29
• 2．3．4 实验步骤29
• 2．4 结果与讨论29-36
• 2．4．1 氧化亚铜--碳纳米管复合材料的结构特征29-31
• 2．4．1．1 纳米氧化亚铜电镜照片29-30
• 2．4．1．2 荧光光谱分析30-31
• 2．4．2 影响纳米Cu_2O对亚甲基蓝降解效果的因素31-34
• 2．4．2．1 搅拌方式的影响31
• 2．4．2．2 亚甲基蓝的初始浓度的影响31-32
• 2．4．2．3 H_2O_2的初始浓度的影响32-33
• 2．4．2．4 pH值的影响33
• 2．4．2．5 亚甲基蓝的吸收光谱33-34
• 2．4．3 影响Cu_2O对印染厂污水处理的因素34-35
• 2．4．3．1 光照时间对COD和色度去除率的影响34
• 2．4．3．2 起始pH对COD和色度去除率的影响34-35
• 2．4．3．3 氧对COD和色度去除率的影响35
• 2．4．4 循环对比实验35-36
• 2．4．5 与TiO_2催化剂粉的比较36
• 2．5 纳米氧化亚铜可见光催化动力学研究36-38
• 2．6 以Cu_2O作光催化剂的光催化反应机理38-40
• 2．6．1 氧化亚铜的晶体结构38-39
• 2．6．2 氧化亚铜—碳纳米管复合材料的特点39-40
• 2．7 本章小结40-41
• 参考文献41-42
• 第3章 纳米TiO_2光催化剂的固定化及电助光催化处理污水中的应用研究42-75
• Abstract42
• 3．1 引言42-46
• 3．1．1 光催化发展的前景42-43
• 3．1．2 文献综述43
• 3．1．3 SPE法简介43-45
• 3．1．4 Nafion膜的结构特点和基本性质45-46
• 3．1．4．1 Nafion膜的结构特点45-46
• 3．1．4．2 Nafion膜的基本性质46
• 3．2 实验过程与研究方法46-51
• 3．2．1 溶胶凝胶法制备纳米TiO_2薄膜46-48
• 3．2．1．1 实验仪器及药品46-47
• 3．2．1．2 基片的清洗47
• 3．2．1．3 涂膜胶体的配制47-48
• 3．2．1．4 薄膜的制备48
• 3．2．2 溶胶凝胶法制备掺杂Ru的纳米TiO_2薄膜48
• 3．2．3 金属Ti阳极上浸镀掺杂纳米光催化剂48-49
• 3．2．4 SPE法电助光催化实验49-51
• 3．2．4．1 实验仪器及设备49
• 3．2．4．2 实验药品49
• 3．2．4．3 实验装置49-50
• 3．2．4．4 实验方法50-51
• 3．3 结果与讨论51-69
• 3．3．1 溶胶凝胶过程中的影响因素51-56
• 3．3．1．1 不同加水方式对凝胶时间的影响51
• 3．3．1．2 不同加水量对凝胶时间的影响51-52
• 3．3．1．3 不同乙醇加入量对凝胶的影响52-53
• 3．3．1．4 不同酸度的影响53
• 3．3．1．5 水解与缩聚反应的动力学分析53-55
• 3．3．1．6 凝胶过程的机理分析及动力学方程的验证55-56
• 3．3．2 掺杂纳米TiO_2电助光催化的影响因素56-60
• 3．3．2．1 TiO_2的晶格结构56-59
• 3．3．2．2 薄膜的表征59-60
• 3．3．3 用极化曲线法研究SPE法的导电机理60-61
• 3．3．4 薄膜电极的光催化性能61-65
• 3．3．4．1 不同光电催化条件下的结果61-63
• 3．3．4．2 溶液pH值的影响63-64
• 3．3．4．3 槽电压的影响64
• 3．3．4．4 染料初始浓度的影响64-65
• 3．3．5 光催化反应机理65-69
• 3．3．5．1 光催化的一般机理65-67
• 3．3．5．2 电助光催化反应的可能机理67-69
• 3．4 本章小结69-70
• 参考文献70-75
• 第4章 总结75-77
• 致谢77

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