光学纤维载TiO膜光催化氧化水中微量有机污染物的研究

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该论文在对国内外光催化氧化技术的研究现状与发展趋势充分研究分析的基础上,通过溶胶-凝胶法在石英光学纤维上成功制备了牢固的锐钛矿型TiO2膜,设计了两种新型的光学纤维载TiO2膜光催化氧化反应器:聚光型光催化氧化反应器和非聚光式光催化氧化反应器.选取苯酚、阴离子表面活性剂、4-氯酚三种有机物以及自来水为研究对象,通过有机物浓度测定、TOC测定、紫外扫描、紫外254nm吸光度(A254)、液相色谱分析以及COD测定、亚硝酸盐浓度测定等手段,在国内首次研究了采用光学纤维载TiO2膜的聚光式光催化氧化反应器和非聚光式光催化氧化反应器处理水中有机污染物的效果及提高光催化氧化反应效率的途径,同时对反应的动力学规律进行了研究.提出并研究了以除铁除锰和活性炭吸附、精滤膜过滤为预处理,光催化氧化和光化学氧化联用作为终端处理的饮用水深度处理新工艺.研究结果表明,光学纤维载TiO2膜的聚光式光催化氧化反应器和非聚光式光催化氧化反应器均可有效增加紫外光的穿透深度,光学纤维载TiO2膜具有较好的光催化活性,有效解决了传统的固定相光催化氧化技术中存在的光在水溶液中的穿透深度低、催化剂与水及光的接触面积小等问题;在光催化氧化过程中外加H2O2或O3等氧化剂,将光催化氧化和光化学氧化联用,可大大提高光催化氧化的效率;外加O3的效果优于外加H2O2的效果;臭氧浓度对光催化氧化有机物的效果有很大的影响;非聚光式光催化氧化反应器采用主波长254nm的紫外线杀菌灯比主波长365nm的紫外线杀菌灯光催化氧化效果好;光催化氧化新工艺可有效降低自来水中的有机物(TOC、CODMn、A254)和亚硝酸盐含量,但对氨氮没有去除作用.光学纤维载TiO2膜光催化氧化水中有机污染物的动力学规律与水溶液中的·OH浓度密切相关:当·OH浓度很低时,表现为零级反应动力学;当·OH浓度很高时,反应动力学规律随着有机物浓度的增加从一级转变为零级.最后,还探讨了光学纤维载TiO2膜光催化氧化技术去除水中有机污染物的机理.该项目的研究紧跟国际光催化氧化水处理技术发展的最新动态,对解决难降解有机废水处理难题和发展清洁、高效的饮用水深度处理技术具有指导作用和推广应用前景.
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