二氧化鈦光催化降解腐殖酸的研究.pdf

1、天然水體中的腐殖質(zhì)約占水中總有機(jī)物50％以上。腐殖酸在水體中可以產(chǎn)生令人不愉快的色和味，同時在氯消毒過程中產(chǎn)生多種消毒副產(chǎn)物，因此腐殖酸被確定為氯消毒過程中形成鹵化物的主要前驅(qū)物質(zhì)，成為飲用水微污染嚴(yán)格控制的對象。光催化技術(shù)是近20多年來研究較為廣泛的水處理方法。自從1976年Carey提出了多氯聯(lián)苯可以在UV/Ti02作用下分解以來，很多人對水中的有機(jī)污染物進(jìn)行了大量光催化氧化分解研究，本文正是基于這樣的研究背景探討了二氧化鈦光催化體

2、系對水體腐殖酸的去除作用，主要研究內(nèi)容包括：腐殖酸降解和礦化的影響因素分析、降解過程分析、降解機(jī)理分析、模擬消毒過程并評價體系去除消毒副產(chǎn)物生成勢的效果。
　　 首先，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、高效催化劑的篩選。通過各種晶形二氧化鈦和銀離子修飾的二氧化鈦催化劑對腐殖酸降解性能的比較，得出市售P25具有良好的催化性能且簡單易得，而用金屬銀修飾的二氧化鈦雖然在降解性能上略優(yōu)，但是制備過程相對復(fù)雜，不經(jīng)濟(jì)。探討了各種反應(yīng)條件，如催化劑質(zhì)量濃度、光照強(qiáng)

3、度、溶液pH值、溶液初始濃度、通氣量等對光催化體系的影響。結(jié)果表明，對于質(zhì)量濃度為20mg/L，初始TOC濃度為7mg/L的腐殖酸，提高催化劑的質(zhì)量濃度、光照強(qiáng)度均能在一定程度上促進(jìn)腐殖酸的降解和礦化；初始濃度低的條件比高濃度條件下的降解速度快；溶液的酸度越高，降解效果越好，在高堿度的條件下不利于腐殖酸的降解，這主要是由于酸性條件下更有利于腐殖酸在二氧化鈦表面的吸附和傳質(zhì)；向溶液通入空氣的實驗中，體系并沒有表現(xiàn)出比未通入空氣條件下更好的

4、效果，這可能是由于氮氣對溶液中傳質(zhì)的阻礙抵消了氧氣在抑制光生電子和空穴上的積極作用；向溶液中加入過氧化氫也不能明顯提高降解和礦化效率，這可能是因為過氧化氫一方面能夠增大溶液中羥基自由基的產(chǎn)生量，另一方面過氧化氫作為羥基自由基清除劑也能夠清除溶液中的自由基；銀離子修飾催化劑在反應(yīng)初期有更強(qiáng)的降解效率，這也為工業(yè)上的利用提供了一個很好的思路。吸附實驗表明，銀離子的載入加強(qiáng)了催化劑對腐殖酸的吸附能力；光催化劑在重復(fù)利用十次之后還能保持80％以

5、上的降解和礦化效率。各條件下的降解反應(yīng)均能較好的滿足L-H一級反應(yīng)動力學(xué)方程。
　　 基次，本文利用尺寸排阻色譜(SEC)和液相色譜有機(jī)碳檢測儀(LC-OCD)研究腐殖酸在降解過程中分子結(jié)構(gòu)的變化，分析結(jié)果表明有疏水性物質(zhì)(HOC)、可色譜分析的溶解性有機(jī)物(CDOC），CDOC則由腐殖質(zhì)(Humics)、中性物質(zhì)(Neutrals）、有機(jī)酸(Acids)以及其它組成成分(Building Blocks)構(gòu)成。腐殖酸的降解遵循由

6、大分子逐漸降解成為小分子的模式，具體表現(xiàn)為低濃度疏水性物質(zhì)(HOC)被降解，其它組分物質(zhì)經(jīng)過降解濃度逐漸降低且最終被完全礦化為小分子酸性物質(zhì)、C02、H20。當(dāng)用負(fù)載銀的催化劑時，降解過程類似但降解的中間產(chǎn)物有所不同且降解反應(yīng)發(fā)生的更快。
　　 再次，利用熒光分析法驗證了光催化反應(yīng)的自由基機(jī)理并且闡述了固液界面催化化學(xué)應(yīng)的進(jìn)行機(jī)制，更好地驗證了光催化是一個集吸附、富集、光催化、脫附、再生等五個步驟的過程，其中吸附是光催化進(jìn)行的前