非均相紫外光芬顿陶瓷膜耦合体系降解金霉素的研究

发布时间：2020-10-29 06:44

　　 随着工农业的飞速发展和人民生活水平的日益提高,水体微污染成为世界性的环境问题。金霉素作为一种代表性的水体微污染物,在污水中的检出频率和含量均较高,传统的污水处理技术不能对其进行有效的去除。紫外光芬顿-膜分离耦合技术保留了紫外光芬顿技术和膜分离技术原有的优点,对污染物无选择性,降解高效彻底,同时光芬顿反应产生的强氧化剂羟基自由基还能降解膜表面的有机污染物,从而减缓了膜污染,增加膜的使用寿命。本文以金霉素为研究对象,采用沉淀法合成α-FeOOH光催化剂,采用共价结合法合成了光催化陶瓷膜,考察了两种体系下金霉素的去除效率和动力学行为,并对金霉素的研究机理进行了探究。通过对陶瓷膜抗污性能的研究,明确了非均相紫外光芬顿-膜分离耦合技术的优越性。主要研究内容及结果如下:1.采用沉淀法合成α-FeOOH催化剂,共价结合法制备光催化陶瓷膜。利用SEM、XRD、EDS、UV-Vis和FTIR对催化剂和光催化陶瓷膜进行表征。合成的催化剂呈针状或纺锤长片状,结构规整均一,长度为500-550nm,宽度为25-50nm,晶型与α-FeOOH的JCPDS标准卡片相符,对紫外光有明显的响应性。陶瓷膜改性后表面覆盖有光催化剂α-FeOOH;表面检测到了 Fe、A1和O元素的存在;XRD图像中既有光催化剂α-FeOOH的衍射峰,也有γ-A12O3和Ti02的衍射峰;FTIR光谱中3152cm-1、890cm-1和793cm-1“处出现了振动,说明成功合成了负载有催化剂α-FeOOH的光催化陶瓷膜。2.通过分析不同条件下金霉素的去除效果确定非均相紫外光芬顿技术的优越性。实验研究降解过程中金霉素的初始浓度、H202投加浓度、紫外光强度和催化剂投加量对污染物去除的影响,确定两种体系中金霉素降解的最优条件。两种体系最优条件下金霉素的降解均符合一级反应动力学,光芬顿陶瓷膜耦合体系中金霉素降解的表观速率常数为0.25005,光催化剂体系中金霉素降解的表观速率常数为0.13069,前者大概为后者的两倍,说明非均相紫外光芬顿技术和膜分离技术相结合会发生耦合效应,提高金霉素的降解速率。3.利用光催化剂体系和光芬顿陶瓷膜耦合体系在最优条件下对金霉素进行降解实验,分析降解过程中金霉素的紫外可见光谱、NH4+-N浓度和TOC去除率的变化,进一步验证了非均相紫外光芬顿技术和膜分离技术的耦合效应。4.在恒定流量下对金霉素进行过滤实验,结果表明将膜分离技术和非均相紫外光芬顿反应相耦合,能减缓膜的结垢。十次循环利用后,光催化陶瓷膜的降解性能、渗透通量和表面形态基本没有发生改变,证明光催化陶瓷膜具有稳定性和可重复使用性。模拟畜禽废水中金霉素的降解效果良好。
【学位单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X703
【部分图文】：

２．３．１批次实验??批次实验在室温下进行，实验装置为自行搭建。光催化剂降解金霉素实验中反??应装置为侧光源光解实验装置（如图２－２ａ）所示），可放置６根紫外灯管，实验中最??多使用４根紫外灯管，通过紫外线强度分析仪可以得到灯管数为１，２，３，４时对应光??强分别为?１８９２．６?ｐＷ／ｃｍ２，２９７６．８?ｐＷ／ｃｍ２，３５４２．１?ｐＷ／ｃｍ２?和?３８６４．８?ｐＷ／ｃｍ２。反应??前装置需预热１５分钟。??光芬顿陶瓷膜耦合体系降解金霉素实验中反应装置为正光源光解实验装置（如??图２－２ｂ）所示），可放置四根紫外灯管，灯光型号为Ｇ４Ｔ５ＴＵＶ８Ｗ型Ｈｇ灯，通过??紫外线强度分析仪测得灯管数分别为１，２，３，?４时光强为１５２３．１?ｐＷ／ｃｍ２，２７０４．６??ｐＷ／ｃｍ２，?３１０８．２?ｐＷ／ｃｍ２?和?３７９６．６?ｐＷ／ｃｍ２。反应前装置需预热?１５?分钟。??１５??

ａ）?Ｓｉｄｅ?ｌｉｇｈｔ?ｓｏｕｒｃｅ?ｂ）?Ｐｏｓｉｔｉｖｅ?ｌｉｇｈｔ?ｓｏｕｒｃｅ??图２－２实验中所用的光解实验装置??Ｆｉｇｕｒｅ?２－２?Ｐｈｏｔｏｌｙｓｉｓ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ?ｄｅｖｉｃｅ?ｕｓｅｄ?ｉｎ?ｔｈｅ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ??２．３．２连续流实验??连续流实验采用死端模式连续过滤装置，装置图如下。??篇－１??进水，?肋表＊?ｐｔｆｅ贴娜件?财ｖ??图２－３实验装置图??Ｆｉｇｕｒｅ?２－３?Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?ｄｅｖｉｃｅ?ｄｉａｇｒａｍ??１６??

图２－２实验中所用的光解实验装置??Ｆｉｇｕｒｅ?２－２?Ｐｈｏｔｏｌｙｓｉｓ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ?ｄｅｖｉｃｅ?ｕｓｅｄ?ｉｎ?ｔｈｅ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ??
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本文编号：2860538