试析水溶液中典型有机物的光催化降解过程分析及反应器的设计与模拟

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1、f嚆嵛赢。≤f茜m西丑毯⑧天孝大茅博士学位论文一级学科：化学工程与技术；学科专业：化学工程作者姓名：尹晓红指导教师：张凤宝教授-l-津—L出工TT内斗日亡中文摘要本文从探索可磁分离的细粉催化剂制备开始，力图解决淤浆床反应器实际应用中面临的固、液分离之难题；以两种典型污染物的吸附和光催化降解实验为基础，分析了可能的降解途径，研究了降解工艺，并建立了其中一种污染物的等温吸附方程和降解动力学模型；随后，将上述研究成果应用于反应器设计，提出了一种转简式光催化反应器，并在自制的反应器中进行了两种催化剂加装方式下的光催化降解实验；最后，推导出了反应器的设计方程，由此模拟

2、了反应器的实验操作。具体内容如下：首先以钛酸丁酯为原料，采用溶胶-凝胶法制备了3-102超细粒子，在对其进行结构表征和催化活性评价的基础上，通过正交实验优化了Ti02的制备条件；将得到的Ti02分别负载在玻璃片和活性炭表面制备了负载型1102催化剂，并进行了结构表征和催化活性评价。采用共沉淀结合固体粒子混合法，成功地在曩02中引入了三氧化二铝包膜磁性核，既保持了催化剂高效的光催化活性，又具备了可以利用磁场分离催化剂的特征。实验结果表明，Ti02对水溶液中的有机物有很强的吸附性能。为此，考察了溶液温度和pH值对直接耐酸大红4BS染料在耵02催化剂上的吸附性能，

3、建立了基于Langmuir理想吸附的等温吸附方程。针对光催化水处理方法中存在降解机理复杂，动力学研究不够完善等问题，对NTS酸和4BS两种有机物的光催化降解机理进行了初步的分析，同时，实验研究了紫外线照度、溶液pH值、催化剂用量、反应时间及混合状态对4BS染料降解速率的影响，推导出了综合上述因素下的4BS染料在Ti02催化剂上的光催化降解动力学方程。综合比较了固定床反应器单位反应体积内有效光照区域小，催化剂细颗粒淤浆床固、液分离困难的优劣之后，提出了转筒式光催化反应器，并确定了其基本形式。在自制的转筒式光催化反应器中实验测定了反应器内的紫外光照度分布，经数据

4、处理。得到了描述照度分布的曲面方程，进而建立起转筒式光催化反应器的数学模型。在该反应器中完成了问歇条件下的4BS染料光催化降解的实验研究。通过反应器数学模型的模拟计算，得到了与实验相吻合的结果。关键词：光催化光催化剂磁载核染料废水吸附降解动力学反应器ABSTRACTTheresearchbeganwithpreparationofsuperfinephotocatalyst,whichcallbemagneticallyseparatedfromliquid，andthenbasedontheexperimentsofadsorptionandphotoca

5、talyticdegradationoftwotypicalorganicsthepossibledegradationschemesandprocesseswereproposed，theisothermandrateequationwereestablishedrespectively．Finally,anovelrotatedphotocatalyticreactorwasdesignedandusedinexperimentsofphotocatalyticdegradationoforganics．Accordingtothemeasurement

6、ofprofileofUVintensitiesinreactorandthereactionkinetics，amodelforthereactordesignwasbuilt．Thesimulatedresultscoincidedwithexperimentaldata．Followingisthedetail．Asynthesismethodwasusedtoprepareanovelphotocatalystwithmagnetitecoreforresolvingtheproblemofseparatingcatalystparticlefrom

7、liquid．MagnetitematrixFe304waspreparedbycoprecipitationand1'-Fe203obtainedbyFe304annealedathighertemperature，theny-Fe203ascorewascoatedwithA1203filmbycoprecipitationtoo，TiOyA1203／y-Fe203photocatalystwassuccessfullypreparedbysol-gelmethod．Thesurfacemorphologyandcrystalstructureofthe

8、catalystwerecharacterizedb