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

发布时间：2017-05-16 14:05

  本文关键词：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，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：抗生素是一类控制感染性疾病和预防、治疗动植物病虫害的药物,但由于其不合理使用导致大量的残留物进入环境,对生态环境及人体健康带来了严重危害。光催化技术作为一种高级氧化技术,可将难降解的有机大分子分解为有机小分子或完全矿化为CO_2、H2O和无机离子,具有应用范围广、氧化能力强、无二次污染等优点,在处理难降解且生物毒性大的抗生素废水方面具有广阔的应用前景。然而,光催化技术在实际应用中还存在一些技术难题,例如粉末状催化剂在废水处理中存在分离回收的难题,光催化反应器普遍存在光催化效率低,运行成本高,装置复杂等问题,这些都限制了光催化技术在实际废水处理中的应用。本研究的目的是通过负载制备新型光催化材料,解决粉末状催化剂回收难的问题。在此基础上,研发一种高效节能、结构简单、光催化效率高的新型太阳能光催化反应器,进而实现光催化反应器的工业化应用。并针对此开展以下三方面的研究:(1)采用一步溶剂热法制备负载型Bi_2WO_6/火山渣催化剂,并通过XRD、SEM表征手段研究负载型催化剂的结构及固定化情况。结果表明:花状Bi_2WO_6颗粒成功的负载到了火山渣表面,而且在可见光照射下具有较强的可见光响应能力。另外,利用负载型催化剂光催化降解盐酸四环素,考察载体粒径、负载次数、重复使用次数对其光催化活性的影响。结果显示,载体粒径为2 mm,负载3次的催化剂,在重复使用4次后,仍然表现出较高的光催化活性,这说明制备的Bi_2WO_6/火山渣催化剂具有良好的光催化活性和稳定性。(2)在对光催化反应器设计要素进行综合分析的基础上,研制了一种可全天候运行的管式光催化反应器,优化并确定了反应器的结构参数。该反应器采用低聚光度复合抛物面反光板作为集光装置,提高了光能利用率;将制备的负载型催化剂填充于石英玻璃反应管中,解决了催化剂分离回收的难题;采用光效高、能耗低、寿命长的LED灯作为辅助光源,同时还配备了一套太阳能光伏发电系统为电光源提供电能,不但降低了该反应器的运行成本,而且还实现了反应器的全天候运行,提高了光催化处理效率。(3)利用管式光催化反应器降解盐酸四环素,考察了催化剂的用量、光源强度、污染物初始浓度、水力停留时间、外加氧化剂等因素对反应器光催化性能的影响。实验结果显示,对于初始浓度为50 mg/L盐酸四环素废水而言,其最佳实验条件为催化剂的用量40 g/L、水力停留时间70 min,光照强度介于6.55~9.95×104 Lux,外加H2O_2的量180 mg/L,在上述条件下盐酸四环素的降解率可达到98.7%,此反应器表现出了良好的光催化降解性能。
【关键词】：管式光催化反应器 负载型催化剂 可见光响应 盐酸四环素 太阳能光伏发电系统
【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;O643.3
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-28
• 1.1 半导体光催化技术10-12
• 1.1.1 半导体光催化技术发展现状10-11
• 1.1.2 半导体光催化机理11-12
• 1.2 光催化反应器12-20
• 1.2.1 光催化反应器的研究现状12-18
• 1.2.2 光催化反应器效率的影响因素18-20
• 1.3 催化剂的固化20-22
• 1.3.1 载体的选择20-21
• 1.3.2 负载方法21-22
• 1.4 四环素废水的研究现状22-25
• 1.4.1 四环素类抗生素的来源及其危害22-24
• 1.4.2 四环素废水的处理方法24-25
• 1.5 本文研究意义及主要内容25-28
• 1.5.1 研究意义25-26
• 1.5.2 研究内容及技术路线26-28
• 第2章 负载型Bi_2WO_6/火山渣催化剂的制备及性能研究28-40
• 2.1 实验材料与方法28-31
• 2.1.1 实验材料与仪器28-29
• 2.1.2 负载型催化剂的制备29-30
• 2.1.3 催化剂的表征30
• 2.1.4 催化剂样品的光催化活性评价30-31
• 2.2 催化剂的表征分析31-34
• 2.2.1 X射线衍射分析31-32
• 2.2.2 扫描电镜分析32-34
• 2.3 负载型催化剂的光催化活性评价34-40
• 2.3.1 载体粒径对催化剂活性的影响34-36
• 2.3.2 负载次数对催化剂活性的影响36-37
• 2.3.3 重复使用次数对催化剂活性的影响37-38
• 2.3.4 Bi_2WO_6与Bi_2WO_6/火山渣催化剂活性的比较38-40
• 第3章 全天候管式光催化反应器的研发40-51
• 3.1 设计思路40
• 3.2 反应器的结构40-42
• 3.3 反应器材料及参数的确定42-51
• 3.3.1 复合抛物面反光板43-44
• 3.3.2 反应管44-45
• 3.3.3 辅助光源的选择45-46
• 3.3.4 太阳能光伏发电系统的设计46-51
• 第4章 光催化反应器降解盐酸四环素的性能研究51-58
• 4.1 实验材料与装置51
• 4.1.1 实验材料51
• 4.1.2 实验装置51
• 4.2 影响光催化反应器效率的因素51-58
• 4.2.1 催化剂填充量的影响51-52
• 4.2.2 水力停留时间的影响52-53
• 4.2.3 初始浓度的影响53-54
• 4.2.4 光照强度的影响54-55
• 4.2.5 外加氧化剂的影响55-56
• 4.2.6 吸附作用和太阳光分解的影响56-58
• 第5章 结论与建议58-60
• 5.1 结论58-59
• 5.2 建议59-60
• 参考文献60-67
• 作者简介及科研成果67-68
• 致谢68

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本文编号：371019