光催化敏化降解含氯有机废水及动力学模拟

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1、广西大学博士学位论文光催化敏化降解含氯有机废水及动力学模拟姓名：夏璐申请学位级别：博士专业：化学工艺指导教师：王双飞20050501光催化敏化降解含氯有机废水及动力学模拟摘要半导体光催化氧化技术可以将许多难降解的有机污染物氧化分解为无毒、无害的小分子物质。研究该项技术的反应机理、光催化反应动力学、高活性催化剂的制备等，对于实现工业化，控制污染、保护水环境，具有重要的意义。本论文采用圆柱(环)型光催化反应器，以低压汞灯作为线性光源，二氧化钛作为光催化剂，采用外循环悬浮态多相光催化反应体系，对含氯有机废

2、水进行降解实验研究。首先对微米级二氧化钛的催化活性进行了研究，通过对催化剂粉体的高温焙烧处理，分别以五氯酚钠、对苯二酚和氯代愈创木酚的光催化降解率作为二氧化钛催化活性的指标，考察焙烧温度对提高二氧化钛催化活性的影响，并用SEM、XRD、FTIR对催化剂粉体进行表征。结果表明，在500℃、焙烧24小时后，其催化活性最好；处理后的晶体边缘明晰，颗粒均匀，粒径和表面形态均发生了变化，而晶型结构与处理前的几乎无差异，锐钛矿型所占比例仍高于96％。表明了采用微米级二氧化钛，同样可以达到纳米级二氧化钛作为光催化

3、剂降解废水的效果，而微米级则更具有价廉易得、容易回收的优点。以五氯酚钠和氯代愈创木酚为目标物，对他们的暗吸附和光催化氧化行为进行了研究，考察吸附和动力学的关系。实验表明，固体催化剂与溶液中组分的吸附在20min内可以达到平衡，消除了光催化过程中吸附外扩散对反应速率的影响。系统地研究了影响悬浮体系光催化反应的因素，获得了相关参数与反应速率间的定量关系，在实验基础上提出了有机氯化物光催化降解的动力学模型。将初始浓度、催化剂用量、酸碱度以及光照强度等影响因素同时引入拟一级Langmuir—Hinshelw

4、ood反应动力学方程中。利用氯代愈创木酚的验证!塑生兰堡!：兰些堡兰垄堡些塑些堕鲤鱼蔓皇垫堕查墨垫垄堂鳖塑实验表明模型计算预测值和实验值一致，证明模型具有合理性。光催化反应器设计和开发是光催化技术实际应用的瓶颈问题。根据光催化反应的特点，采用工业常用的圆柱(环)型反应器，建立了外循环悬浮态光催化反应器系统。以氯代愈创木酚光催化降解为例，分别在两种不同催化剂投加量(100mg／L、200mg／L)的情况下，进行模型的运算。在设定模型的假设条件下，进行光源模型的描述和过程的数学描述，采用中心有限差分法对

5、模型进行离散化，并用积分追赶法、四阶龙格一库塔单步积分法进行计算。利用Matlab软件进行微分方程的求解，求出的数值解用Origin软件描绘出反应器内光强分布和浓度分布的直观三维立体图。结果表明，紫外光强的辐射随着径向远离光源而逐渐减弱；反应器中无因次浓度分布沿着轴向(水流方向)逐渐降低，而沿径向则与光强的变化趋势相反，即远离光源浓度逐渐增大。制浆漂白废水的主要成分之一氯代愈创木酚能在紫外光照射下发生光催化降解反应，用紫外光谱仪跟踪光降解过程，采用正交实验设计了氯代愈创木酚的光催化降解工艺，得到较佳

6、的工艺条件。该降解工艺中，有机物的初始浓度是一个关键的因素，其次是溶液的酸碱度，降解时间的延长可以增大光催化的降解效果，同时还要考虑催化剂的用量和反应器的循环流量等工艺参数。在初始浓度为0．05mmol／L，循环流量20L／h，催化剂用量250mg／L，pH值10，反应120min时，可使降解率达到83％。利用光催化和光敏化作用，考察了在光催化剂和光敏剂协同作用下，有机氯化物的降解情况；优化筛选了光敏剂的种类。结果表明，选择合适的光敏剂与Ti02协同，可以提高有机氯化物的降解率。对二氯苯在光催化光敏

7、化以及曝气的作用下反应100min，降解率可以达到94％，筛选出降解对二氯苯的最佳敏化剂是荧光桃红。而玫瑰红B在降解混合废水五氯酚钠和对苯二酚时有很好的协同作用，在反应100min时达到92％以上的降解率。通过紫外扫描谱图在线测试分析表明，本研究中涉及到的所有有机氯化物都能随着降解时间的推移，特征峰消失，苯环消失，降解彻底。关键词：光催化光敏化有机氯化物反应动力学反应器数学模拟IIAbstractTHEPHOTOSENSITlZER-ASSlSTEDPHOTOCATALYTICDEGRADAT10N

8、OFORGANICCHLORINECONTAMINANTSANDlTSKfNETICMODELABSTRACT0rganicchlorinecompoundswithmacroringsareaseriesofdangerouscontaminants，fortheycanhardlybedegraded．Semiconductorphotocatalvticoxidationisanewlydevelopedtechniqueforwastewatertreatme