課堂報告：納米TiO2-Fe3O4-粒子光催化處理有機廢水(高敏江)

納米TiO2/Fe3O4粒子光催化

處理有機廢水

實驗主講:高敏江小組成員:楊永輝2007.10.24報告提綱1背景簡述和設計思路2實驗方法和結果分析

(1)納米TiO2/Fe3O4復合粒子的制備和表征(2)光催化降解有機物試驗3結論（下一步工作設想）1背景簡述和設計思路水污染導致水質(zhì)性缺水；傳統(tǒng)水處理方法不盡理想；TiO2光催化處理有機廢水，是典型的綠色技術；在光催化劑的修飾和回收方面,仍然存在一些問題，且缺乏對實際廢水的處理應用研究。本實驗主要以磁性納米TiO2/Fe3O4粒子光催化處理實際有機廢水及其影響因素的研究作為實驗目的，同時實現(xiàn)催化劑的可回收。納米TiO2光催化處理有機廢水原理光催化機理示意圖機理：問題：（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／空穴對的有效分離途徑：光催化劑改性（如：復合）；（2）納米TiO2回收利用的探討：如支載型；前人研究說明，采用磁性納米TiO2/Fe3O4光催化復合材料回收法相對其他方法效果更好，操作簡便，是比較可行的方法。2實驗方法和結果分析2.1實驗方法(1)納米TiO2/Fe3O4復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)有試驗條件和內(nèi)容下，相對較好的制備方案，磁核復合粒子手磨球磨自制水浴法水熱法(2)光催化降解有機物試驗

試驗思路：預備試驗甲基蘭試劑焦化廢水確定方向先驅對象總有機物、COD、氨氮

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

復合粒子制備方法對比

（球磨磁核復合粒子）水浴法制備衍射圖樣（TiO2特征峰相對較弱

）水熱法制備（分層現(xiàn)象）（自制磁核復合粒子）（用作水處理）水浴法制備TiO2Fe3O4較高倍數(shù)TEM相應XRD表征復合粒子兩種成分衍射特征峰都已明顯出現(xiàn)復合粒子磁性檢測球磨水浴自制水浴復合前后粒子飽和磁化強度稍有降低；剩余磁化強度相比自制磁核及其復合粒子，呈較高數(shù)值。46.4539.08相對較好的復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復合方法：水浴法復合條件：40℃、0.5h熱處理溫度：450℃

鼓氣裝置設計初稿（2）光催化裝置設計避免沉積中心的形成；反應器底部是重點設計部分最終確定設計圖（微孔鈦板）裝置成品甲基蘭測試實驗不同催化劑用量對降解率的影響（3）光催化降解自制磁核復合粒子回用曲線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

不同條件對比75.6%

71.2%

15.3%

處理前后水樣對比處理前處理后取樣（mL）20040成分苯類酚類有機氮類萘、蒽類聚二甲基硅氧烷焦化廢水成分分析GC-MS結果焦化廢水特征量降解COD變化曲線氨氮變化曲線98.91%57.60%

77.35%

濁度變化情況65.036.4

結論(1)球磨磁核TiO2/Fe3O4（約100nm）粒子復合形貌較好，但磁核表面結合能小，TiO2易沖洗流失，相對含量較小；

自制磁核TiO2/Fe3O4(25-30nm)粒子復合形貌良好，TiO2含量較大，衍射圖像清晰，物質(zhì)衍射三強峰明顯；磁核具有超順磁性，剩余磁強小，飽和磁強高，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復合粒子有優(yōu)良的光催化活性，對焦化廢水水樣中COD和氨氮的光催化效果最佳，分別達到了98.91%和77.35%；對焦化廢水中總有機物的降解情況超過了預期水平。(3)曝氣作用，在光催化降解試驗中起到了很大的促進作用，但對甲基蘭和焦化廢水降解率的影響幅度不同：對前者，影響度低于15.3%；對后者，COD降解影響值達到了50%以上。下一步工作設想和建議針對大粒徑磁核復合粒子，建議考慮包裹適當材料、適當厚度的中間層，加強表面結合力，改善形貌、剩余磁化強度和團聚現(xiàn)象；（向固著型轉變）由于實驗時間有限，焦化廢水的處理應用研究不夠充分，建議可以在現(xiàn)有試驗的基礎上考慮更多的影響因素，并將研究深化和細致化，對光催化試驗中一些尚不能合理解釋的現(xiàn)象（如：濁度隨時漸變化趨勢），進行機理方面的分析考究；此外，對焦化廢水中可能存在的高沸點有機物，建議考慮使用HPLC進行化學成分分析檢測；在實際有機廢水的處理應用中，可以增加對鼓泡裝置的研究和改進，以期在降解有機物的過程中，輔助光催化劑，收到更好的降解效果。參考文獻:駱曉春，王雪峰等.水處理方法概述，應用技術，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用，凈水技術，2006，25（3）：43～45.毛紹春，姚文華等.高濃度有機廢水處理技術的研究進展，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用，河南科技大學學報（自然科學版），2003，24（2）：104～106.朱正斌.有機廢水的處理方法現(xiàn)狀及進展，化學工業(yè)與工程技術，2004，25（5）：50～54.魏剛，周慶等.水處理中的綠色化學與綠色技術，現(xiàn)代化工，2002，22（12）：43～46.程麗華，黎明，倪福祥.高級氧化技術在水處理中的應用，青島建筑工程學院學報，2003，24（1）：22～25.宮磊，徐曉軍.焦化廢水處理技術的新進展，工業(yè)水處理，2004，24（3）：9～11，20.張萬忠，喬學亮等.納米二氧化鈦的光催化機理及其在有機廢水處理中的應用，人工晶體學報，2006，35（5）：1027～1031.

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