課堂報(bào)告：納米TiO2-Fe3O4-粒子光催化處理有機(jī)廢水(高敏江)

納米TiO2/Fe3O4粒子光催化

處理有機(jī)廢水

實(shí)驗(yàn)主講:高敏江小組成員:楊永輝2007.10.24報(bào)告提綱1背景簡(jiǎn)述和設(shè)計(jì)思路2實(shí)驗(yàn)方法和結(jié)果分析

(1)納米TiO2/Fe3O4復(fù)合粒子的制備和表征(2)光催化降解有機(jī)物試驗(yàn)3結(jié)論（下一步工作設(shè)想）1背景簡(jiǎn)述和設(shè)計(jì)思路水污染導(dǎo)致水質(zhì)性缺水；傳統(tǒng)水處理方法不盡理想；TiO2光催化處理有機(jī)廢水，是典型的綠色技術(shù)；在光催化劑的修飾和回收方面,仍然存在一些問(wèn)題，且缺乏對(duì)實(shí)際廢水的處理應(yīng)用研究。本實(shí)驗(yàn)主要以磁性納米TiO2/Fe3O4粒子光催化處理實(shí)際有機(jī)廢水及其影響因素的研究作為實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，同時(shí)實(shí)現(xiàn)催化劑的可回收。納米TiO2光催化處理有機(jī)廢水原理光催化機(jī)理示意圖機(jī)理：?jiǎn)栴}：（1）光生載流子不穩(wěn)定；（2）

TiO2

禁帶較寬；（3）納米TiO2顆粒較小，易流失。方案：（1）光生電子／空穴對(duì)的有效分離途徑：光催化劑改性（如：復(fù)合）；（2）納米TiO2回收利用的探討：如支載型；前人研究說(shuō)明，采用磁性納米TiO2/Fe3O4光催化復(fù)合材料回收法相對(duì)其他方法效果更好，操作簡(jiǎn)便，是比較可行的方法。2實(shí)驗(yàn)方法和結(jié)果分析2.1實(shí)驗(yàn)方法(1)納米TiO2/Fe3O4復(fù)合粒子的制備和表征

制備思路：

表征作用:⑴了解粒子的形貌、性能和成分組成情況；⑵確定現(xiàn)有試驗(yàn)條件和內(nèi)容下，相對(duì)較好的制備方案，磁核復(fù)合粒子手磨球磨自制水浴法水熱法(2)光催化降解有機(jī)物試驗(yàn)

試驗(yàn)思路：預(yù)備試驗(yàn)甲基蘭試劑焦化廢水確定方向先驅(qū)對(duì)象總有機(jī)物、COD、氨氮

磁核形貌對(duì)比球磨手磨自制2.2結(jié)果分析（1）光催化劑制備磁核衍射對(duì)比球磨自制磁核磁檢對(duì)比球磨自制磁核粒子的飽和磁化強(qiáng)度較小，偏移原點(diǎn)，磁性能一般；相較自制磁核，剩余磁化強(qiáng)度又強(qiáng)很多，不利于外加磁場(chǎng)的控制。39.3862.66

復(fù)合粒子制備方法對(duì)比

（球磨磁核復(fù)合粒子）水浴法制備衍射圖樣（TiO2特征峰相對(duì)較弱

）水熱法制備（分層現(xiàn)象）（自制磁核復(fù)合粒子）（用作水處理）水浴法制備TiO2Fe3O4較高倍數(shù)TEM相應(yīng)XRD表征復(fù)合粒子兩種成分衍射特征峰都已明顯出現(xiàn)復(fù)合粒子磁性檢測(cè)球磨水浴自制水浴復(fù)合前后粒子飽和磁化強(qiáng)度稍有降低；剩余磁化強(qiáng)度相比自制磁核及其復(fù)合粒子，呈較高數(shù)值。46.4539.08相對(duì)較好的復(fù)合條件自制磁核磁核取用量：2.0g物質(zhì)的量比TiO2：Fe3O4=10TBOT混合液配比及順序：30ml乙醇+3ml乙酸+30mlTBOT鹽酸調(diào)節(jié)：pH=2復(fù)合方法：水浴法復(fù)合條件：40℃、0.5h熱處理溫度：450℃

鼓氣裝置設(shè)計(jì)初稿（2）光催化裝置設(shè)計(jì)避免沉積中心的形成；反應(yīng)器底部是重點(diǎn)設(shè)計(jì)部分最終確定設(shè)計(jì)圖（微孔鈦板）裝置成品甲基蘭測(cè)試實(shí)驗(yàn)不同催化劑用量對(duì)降解率的影響（3）光催化降解自制磁核復(fù)合粒子回用曲線(xiàn)61.1%

75.6%

67.8%

62.0%

75.6%

66.2%

回用情況比較原水

使用第二次

使用第一次

使用第三次裝置工作圖

不同條件對(duì)比75.6%

71.2%

15.3%

處理前后水樣對(duì)比處理前處理后取樣（mL）20040成分苯類(lèi)酚類(lèi)有機(jī)氮類(lèi)萘、蒽類(lèi)聚二甲基硅氧烷焦化廢水成分分析GC-MS結(jié)果焦化廢水特征量降解COD變化曲線(xiàn)氨氮變化曲線(xiàn)98.91%57.60%

77.35%

濁度變化情況65.036.4

結(jié)論(1)球磨磁核TiO2/Fe3O4（約100nm）粒子復(fù)合形貌較好，但磁核表面結(jié)合能小，TiO2易沖洗流失，相對(duì)含量較??；

自制磁核TiO2/Fe3O4(25-30nm)粒子復(fù)合形貌良好，TiO2含量較大，衍射圖像清晰，物質(zhì)衍射三強(qiáng)峰明顯；磁核具有超順磁性，剩余磁強(qiáng)小，飽和磁強(qiáng)高，磁化性能顯著優(yōu)于前者，有很大的回收再利用潛力。(2)自制磁核TiO2/Fe3O4復(fù)合粒子有優(yōu)良的光催化活性，對(duì)焦化廢水水樣中COD和氨氮的光催化效果最佳，分別達(dá)到了98.91%和77.35%；對(duì)焦化廢水中總有機(jī)物的降解情況超過(guò)了預(yù)期水平。(3)曝氣作用，在光催化降解試驗(yàn)中起到了很大的促進(jìn)作用，但對(duì)甲基蘭和焦化廢水降解率的影響幅度不同：對(duì)前者，影響度低于15.3%；對(duì)后者，COD降解影響值達(dá)到了50%以上。下一步工作設(shè)想和建議針對(duì)大粒徑磁核復(fù)合粒子，建議考慮包裹適當(dāng)材料、適當(dāng)厚度的中間層，加強(qiáng)表面結(jié)合力，改善形貌、剩余磁化強(qiáng)度和團(tuán)聚現(xiàn)象；（向固著型轉(zhuǎn)變）由于實(shí)驗(yàn)時(shí)間有限，焦化廢水的處理應(yīng)用研究不夠充分，建議可以在現(xiàn)有試驗(yàn)的基礎(chǔ)上考慮更多的影響因素，并將研究深化和細(xì)致化，對(duì)光催化試驗(yàn)中一些尚不能合理解釋的現(xiàn)象（如：濁度隨時(shí)漸變化趨勢(shì)），進(jìn)行機(jī)理方面的分析考究；此外，對(duì)焦化廢水中可能存在的高沸點(diǎn)有機(jī)物，建議考慮使用HPLC進(jìn)行化學(xué)成分分析檢測(cè)；在實(shí)際有機(jī)廢水的處理應(yīng)用中，可以增加對(duì)鼓泡裝置的研究和改進(jìn)，以期在降解有機(jī)物的過(guò)程中，輔助光催化劑，收到更好的降解效果。參考文獻(xiàn):駱曉春，王雪峰等.水處理方法概述，應(yīng)用技術(shù)，2006，11：15～16.吉祝美，呂錫武.接觸氧化法在中小型生活污水處理中的應(yīng)用，凈水技術(shù)，2006，25（3）：43～45.毛紹春，姚文華等.高濃度有機(jī)廢水處理技術(shù)的研究進(jìn)展，云南化工，2004，31（3）：27～30，35.張予川，張瑩，馮輝.幾種廢水生物處理新工藝及其應(yīng)用，河南科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2003，24（2）：104～106.朱正斌.有機(jī)廢水的處理方法現(xiàn)狀及進(jìn)展，化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù)，2004，25（5）：50～54.魏剛，周慶等.水處理中的綠色化學(xué)與綠色技術(shù)，現(xiàn)代化工，2002，22（12）：43～46.程麗華，黎明，倪福祥.高級(jí)氧化技術(shù)在水處理中的應(yīng)用，青島建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2003，24（1）：22～25.宮磊，徐曉軍.焦化廢水處理技術(shù)的新進(jìn)展，工業(yè)水處理，2004，24（3）：9～11，20.張萬(wàn)忠，喬學(xué)亮等.納米二氧化鈦的光催化機(jī)理及其在有機(jī)廢水處理中的應(yīng)用，人工晶體學(xué)報(bào)，2006，35（5）：1027～1031.

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