基于双螺旋和三维网组件的光催化反应器的构建及性能评估

发布时间：2020-05-12 00:35

【摘要】：UV消毒技术被广泛用于地表水和城镇生活污水的杀菌消毒,但是微生物的“光复活”现象使UV消毒出水存在安全隐患。光催化过程产生的·OH不但可以彻底杀菌、抑制光复活,还可以矿化水中痕量有机污染物。因此在UV消毒器中安装光催化组件是抑制微生物光复活并去除痕量有机物的可行办法。本研究在课题组前期ComputationalFluid Dynamics(CFD)模拟计算筛选出证实双螺旋结构的基础上,改善了阳极氧化方法、设计出三维网结构组件,并研究了两种组件的灭菌和降解污染物性能,研究内容如下:⑴大面积曲面Ti片的阳极氧化方法的探索及材料的表征常规阳极氧化针对面积在几平方厘米的平面Ti片,而课题组前期工作表明阳极氧化大面积曲面Ti片得到TiO_2纳米管、纳米线、孔等混杂结构。为了在大面积曲面Ti片上阳极氧化出均匀有序的TiO_2,探索了电解液组成及电极相对位置对材料形貌的影响;发现在HF无机电解液和NH_4F的有机电解液中所得材料表面的二氧化钛纳米管在形貌上都比较规整、均匀,但是HF无机电解液中所得材料的机械强度要更优,能更好的防止光催化功能层的脱落。因此后续材料制备研究中重点探索了HF无机电解液中,电解液的浓度和电极相对位置对所得材料形貌的影响。发现在20 V工作电压、2 cm电极间距和20 min反应时间的前提下,0.3wt%HF的电解液浓度和电极正对时所得材料的表面具有最规整的二氧化钛纳米管结构。基于此,利用同螺距的不锈钢单螺旋作阴极,钛基单螺旋作阳极,在上述反应参数下阳极氧化制得双螺旋光催化组件;SEM结果表明在钛基螺旋表面负载了均匀、规整的纳米管;XRD结果表明此纳米管主要成分为101晶型的锐钛矿TiO_2;DRS结果表明材料在UV波段具有良好的光吸收性能。⑵UV/双螺旋光催化组件水处理性能的探索在10.5 mJ/cm~2的紫外辐照剂量下,进水E.coli浓度为3.80×10~6 CFU/L,装置出水E.coli浓度能满足城镇生活污水一级A排放标准(10~3 CFU/L),而且E.coli光复活率是单独UV过程的三十分之一,表现出良好的光复活抑制。十天连续运行的灭菌实验中,设备对进水E.coli浓度10~6~10~8 CFU/L的灭菌出水均满足国家城镇污水一级A排放标准。同时,装置对易光解的抗生素具有明显的去除强化效果,而这种增强的效果主要来源于光催化过程对光解后的小分子有机物的矿化作用。⑶三维丝网光催化组件水处理性能的探索利用阳极氧化工艺,在丝线上负载三维立体环绕的规整二氧化钛纳光催化功能层;然后将负载光催化功能层的丝网缠绕成一种中空的环状丝网光催化组件,并与UV灯结合成一套连续流水处理装置。在21 mJ/cm~2的紫外辐照剂量下,装置可以达到5.1log_(10)的杀菌能力,较单独UV过程杀菌能力提升54.55%;装置在240 h的连续运行实验中表现出良好的灭菌的稳定性和抗负荷的冲击性,出水E.coli浓度一级A达标率在99%,同时装置对易紫外光解的抗生素具有一定的去除增强效果,而这种增强的效果主要来源于光催化过程对光解后的小分子有机物的矿化作用。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 郑洁;吴思奇;王小艳;宋雪瑞;;管状光催化反应器的设计及其净化效果分析[J];重庆大学学报;2016年02期

2 武文燕;王罗春;陈飞;李亭;陈冠翰;;新型气固相光催化反应器的应用研究进展[J];山东化工;2013年10期

3 李冬冬;佘江波;王丽莉;彭波;;二氧化钛负载光纤型光催化反应器的研究进展[J];中国光学;2013年04期

4 于娜娜;孙彬峰;孙永杰;边志强;;TiO_2光催化技术及废水处理用光催化反应器[J];化工中间体;2012年01期

5 刘倩;郑经堂;白倩;吴明铂;;光催化反应器的研究进展[J];应用化工;2012年06期

6 郭飞;赵修建;殷官超;;国内外光催化反应器的发展情况[J];建材世界;2011年01期

7 郑先君;魏丽芳;付永;姜巧娟;张志红;魏明宝;;新型光催化反应器的设计与制氢性能研究[J];河南化工;2008年11期

8 桑雪梅;全学军;赵清华;谭怀琴;;旋转薄膜浆态光催化反应器[J];化工学报;2007年08期

9 莫金汉;张寅平;杨瑞;;管状光催化反应器甲醛降解强化研究[J];暖通空调;2007年10期

10 吴志敏;张丽;邓沁兰;张小平;;气固流化床光催化反应器的研究进展[J];东莞理工学院学报;2006年03期

相关会议论文 前10条

1 李虎;曹锋雷;霍宇凝;李和兴;;悬浮型光催化反应器应用于处理甲基橙染料废水的研究[A];第十三届全国太阳能光化学与光催化学术会议学术论文集[C];2012年

2 于洪锋;李鑫钢;罗进飞;高国华;李洪;;环状液-固光催化反应器内流场模拟[A];中国化工学会2009年年会暨第三届全国石油和化工行业节能节水减排技术论坛会议论文集（下）[C];2009年

3 李虎;张亚;霍宇凝;李和兴;;玻璃浮球光催化反应器应用于处理染料废水的研究[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年

4 张东翔;黎汉生;张凌云;陆英梅;;循环式浆态光催化反应器处理有机废水特性研究[A];第九届全国化学工艺学术年会论文集[C];2005年

5 陈胜;孙德智;朱质彬;;新型内折流光催化反应器连续降解气相中甲苯的研究[A];2004年全国太阳能光化学与光催化学术会议论文集[C];2004年

6 张寅平;杨瑞;许瑛;赵荣义;;纳米材料光催化空气净化器VOCs降解模型及应用[A];全国暖通空调制冷2002年学术年会论文集[C];2002年

7 徐云兰;贾金平;;高效双转盘液膜光催化反应器处理染料废水的研究[A];第五届全国环境化学大会摘要集[C];2009年

8 卞振锋;曹锋雷;李和兴;;全天候光催化反应器的研制应用于净化养殖废水[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第二十六分会：环境化学[C];2016年

9 尤宏;罗薇楠;姚杰;蔡伟民;;新型三相内循环流化床光催化反应器及其性能[A];第二届全国环境化学学术报告会论文集[C];2004年

10 李冬冬;王丽莉;;基于微结构聚合物光纤二次预制棒的光催化反应器及其在光催化方面的应用基础研究[A];全国第15次光纤通信暨第16届集成光学学术会议论文集[C];2011年

相关博士学位论文 前7条

1 张茂林;纳米ZnO/SnO_2等复合光催化剂的制备及其降解有机污染物研究[D];中国科学院研究生院（广州地球化学研究所）;2004年

2 薛向东;废水光催化处理特性及高效光催化反应器研究[D];西安建筑科技大学;2002年

3 莫金汉;光催化降解室内有机化学污染物的若干重要机理问题研究[D];清华大学;2009年

4 刘婷;非均相光芬顿体系的建立与内循环流化床反应器的研究[D];哈尔滨工业大学;2009年

5 王天野;新型钨酸铋基异质结的制备及应用研究[D];吉林大学;2014年

6 钟爽;Bi_2WO_6基可见光催化剂的制备及在连续流反应器中降解四环素废水的研究[D];吉林大学;2016年

7 王鑫;光催化反应器中光辐射场与光催化表面反应数值模拟[D];天津大学;2014年

相关硕士学位论文 前10条

1 张黎明;改性氮化碳降解水环境中四环素类抗生素的应用研究[D];东南大学;2018年

2 李日升;Y-Bi_2WO_6/Graphene可见光催化剂的制备及其在反应器中的应用研究[D];吉林大学;2018年

3 张振华;基于双螺旋和三维网组件的光催化反应器的构建及性能评估[D];大连理工大学;2018年

4 肖国生;管式光催化反应器的研发及其降解四环素废水的性能研究[D];吉林大学;2016年

5 胡昌群;基于吸附—光催化体系的悬浮型光催化反应器的研究[D];上海师范大学;2015年

6 亓建伟;纳米二氧化钛用于医院含菌废水处理的光催化反应器设计[D];四川大学;2005年

7 车赛男;流化床—光纤光催化反应器及其在去除苯系物中的应用[D];哈尔滨工业大学;2013年

8 李虎;可见光催化薄膜复合体系应用于悬浮玻璃珠光催化反应器的研究[D];上海师范大学;2013年

9 王金辉;偶氮染料在搅拌式浆态光催化反应器中的降解特性研究[D];浙江工业大学;2012年

10 郭飞;圆柱型光催化反应器的设计与优化[D];武汉理工大学;2010年

，

本文编号：2659328