可见光催化与生物氧化直接耦合工艺强化处理苯酚废水研究

发布时间：2017-05-14 06:03

  本文关键词：可见光催化与生物氧化直接耦合工艺强化处理苯酚废水研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：苯酚广泛存在于各类工业废水中,包括煤炭加工废水、造纸废水、制药废水以及石化废水等。苯酚废水的高毒性对水体生态及人体健康造成很大威胁。目前,紫外光催化与生物膜直接耦合技术很好地克服了单独光催化、单独生物法及光催化与生物间接耦合法存在的能耗高、效率低、运行调控困难等问题,表现出对苯酚的高效降解性能,但是采取紫外光作为光源使得很难有效利用太阳能。针对这个缺陷,本研究拟制备可见光催化材料,构建可见光催化与生物氧化直接耦合工艺。本研究首先通过水热处理法及纳米自组装技术制备出了负载型可见光响应材料Er~(3+):YAlO_3/TiO_2-海绵。为获得对苯酚去除最佳的光催化材料,采用响应面法对制备条件进行了优化,制备条件包括水热处理温度、Er~(3+):YAlO_3/TiO_2浓度及海绵与Er~(3+):YAlO_3/TiO_2悬浮液的投加比。本论文获得的RSM模型P值为0.0002,具有高度的统计学显著性,且表现实际值与预测值高度的匹配性。通过考察制备条件的交互影响,得到光催化材料的最佳制备条件为:水热处理温度(130 o C),Er~(3+):YAlO_3/TiO_2浓度(19.75 g/L)及海绵与Er~(3+):YAlO_3/TiO_2悬浮液的投加比(20 g/L)。而且,表征结果表明,本论文制备的Er~(3+):YAlO_3/TiO_2膜均匀、裂缝及堆积少,晶型为锐钛矿相,具备较强的可见光响应能力。本研究使活性污泥在最佳Er~(3+):YAlO_3/TiO_2-海绵载体微孔内形成生物膜,稳定后置于一种新型流化床反应器中进行对模拟苯酚废水(50 mg/L)进行吸附(AD)、可见光催化(VPC)、单独生物降解(B)及可见光催化与生物氧化直接耦合降解实验(VPCB),通过四种条件的对比探讨VPCB对苯酚废水的强化处理作用及直接耦合机制。结果发现,反应16 h之后VPCB对苯酚及溶解性总有机碳(DOC)的去除率分别为99.8%及65.2%;而VPC对苯酚及DOC的去除率分别为71.6%及50.0%,B对苯酚及DOC的去除率分别为99.4%及58.2%,VPC与B对苯酚及DOC的去除率均低于VPCB。以上数据表明VPCB可以强化苯酚的去除及矿化。最后,结合生物量与苯酚中间产物的数据分析了可见光催化与生物氧化直接耦合机制。
【关键词】：直接耦合 响应面 可见光催化 生物降解 苯酚
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-27
• 1.1 含酚废水的来源与危害11-13
• 1.2 含酚废水的处理方法及现状13-20
• 1.2.1 物理法13-14
• 1.2.2 生物法14-16
• 1.2.3 高级氧化法16-20
• 1.3 高级氧化-生物氧化耦合技术20-23
• 1.3.1 高级氧化与生物氧化间接耦合技术20-21
• 1.3.2 光催化-生物氧化直接耦合技术21-23
• 1.4 课题的提出与研究内容23-27
• 1.4.1 课题的提出23-25
• 1.4.2 研究内容25-27
• 第2章 实验材料与方法27-36
• 2.1 实验试剂与仪器27-28
• 2.1.1 实验试剂与材料27-28
• 2.1.2 实验仪器28
• 2.2 可见光响应光催化剂-生物膜复合材料的制备28-30
• 2.2.1 上转换发光剂的制备（Er~(3+):YAlO_3）28-29
• 2.2.2 可见光响应Er~(3+):YAlO_3/TiO_2的制备及负载29
• 2.2.3 Er~(3+):YAlO_3/TiO_2-海绵的挂膜29-30
• 2.3 材料表征30-32
• 2.3.1 扫描电子显微镜及能谱分析（SEM-EDS）30
• 2.3.2 X射线衍射分析 （XRD）30-31
• 2.3.3 X射线光电子能谱（XPS）31
• 2.3.4 荧光光谱分析（FS）31
• 2.3.5 紫外-可见漫反射光谱分析（UV-Vis DRS）31
• 2.3.6 生物量测定（Biomass）31-32
• 2.4 实验装置及运行方式32-33
• 2.5 水样分析方法33-36
• 2.5.1 紫外-可见分光光度法33-34
• 2.5.2 高效液相色谱（HPLC）34-35
• 2.5.3 总有机碳分析仪（TOC）35-36
• 第3章 可见光响应催化剂的制备、表征及性能研究36-53
• 3.1 负载型ER~(3+):YALO_3/TIO_2的制备与优化36-46
• 3.1.1 前期单因素实验结果与讨论36-38
• 3.1.2 基于响应面法的实验设计38-40
• 3.1.3 响应面模型优化及分析40-46
• 3.2 可见光响应光催化剂的表征分析46-53
• 3.2.1 SEM46-47
• 3.2.2 XRD47-48
• 3.2.3 XPS48-49
• 3.2.4 UV-Vis DRS49-50
• 3.2.5 FS50-53
• 第4章 可见光催化与生物氧化直接耦合技术强化降解苯酚53-62
• 4.1 可见光催化剂与生物膜复合材料的制备与表征53-54
• 4.2 可见光催化与生物氧化直接耦合技术对苯酚的降解性能及机制解析54-62
• 4.2.1 不同体系对苯酚降解性能对比54-57
• 4.2.2 可见光催化与生物氧化直接耦合技术中的自调整机制57-59
• 4.2.3 可见光催化与生物氧化直接耦合机制59-62
• 第5章 结论与展望62-65
• 5.1 结论62-63
• 5.2 展望63-65
• 参考文献65-77
• 作者简介及在学期间所取得的科研成果77-79
• 致谢79

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