光催化-膜分离耦合工艺膜污染特性的研究

发布时间：2017-09-21 04:00

  本文关键词：光催化-膜分离耦合工艺膜污染特性的研究

  更多相关文章： 膜污染 TiO_2/MCM-41催化剂 光催化 膜分离 膜通量衰减率 废水降解率

【摘要】：本文设计了一种悬浮型光催化-膜分离耦合反应装置(简称反应装置),首先,确定了反应装置的基本操作条件,同时探究了其操作参数对膜污染的影响；其后,重点研究了TiO2/MCM-41催化剂对膜的污染特性,同时考察了TiO2/MCM-41催化剂的光催化降解性能和悬浮性能。实验结果表明：反应装置的最佳光催化区曝气量、酸性红B浓度、TiO2投加量分别为0.15 m3/h、18 mg/L和 1.0 g/L;膜通量衰减率随商业TiO2催化剂浓度、跨膜压差、光催化区曝气量和循环管气冲洗时间间隔的不断增大均呈现出不断增加的趋势,而随着pH值和膜底曝气量不断增大分别呈现先增加后降低和不断下降的趋势,其中最佳的商业TiO2催化剂浓度为1.0 g/L、跨膜压差为0.015 Mpa、光催化区曝气量为0.15 m3/h、循环管气冲洗时间间隔为50 min、pH值取3.00、膜底曝气量为0.042 m3/h；废水中的CaCl2电解质减轻了膜污染程度,而Na2SO4和NaCl加重了其的污染程度；酸性红B的存在增大了膜通量衰减率,但运行10h时膜通量衰减率仅增加了2%。TiO2/MCM-41催化剂的废水降解率随TiO2负载量增加、MCM-41分子筛和TiO2/MCM-41催化剂粒径的减小、以及TiO2/MCM-41催化剂超声时间的增加而均呈现出先增大后降低的趋势；而膜通量衰减率在TiO2负载量为80%时最低、同时随MCM-41分子筛和TiO2/MCM-41催化剂粒径减小、以及TiO2/MCM-41催化剂超声时间的增加而分别呈现出先降低后增大、不断增大和先增大后降低的趋势,适宜的MCM-41分子筛粒径、TiO2负载量、TiO2/MCM-41催化剂粒径和其超声时间分别为0.61μm、30%、11.26μm、60 min; TiO2负载量为80%的TiO2/MCM-41催化剂适宜的MCM-41分子筛粒径为0.78μm。TiO2/MCM-41催化剂在运行20 h时膜通量衰减率比商业TiO2催化剂减轻了39.30%,且在膜底曝气量为0.042m3/h和在线反冲洗时,前者的膜通量衰减率分别下降了33.36%和40.76%而后者分别为19.09%和23.72%；同时前者3.5h的光催化降解率100%、悬浮浓度0.850g/L (0.839 g/L)比后者的89.93%、0.802 g/L (0.789 g/L)分别提高了10.07%、0.048 g/L (0.050 g/L),故TiO2/MCM-41催化剂具有高的光催化降解性能和悬浮性能且对膜的污染程度低。
【关键词】：膜污染 TiO_2/MCM-41催化剂 光催化 膜分离 膜通量衰减率 废水降解率
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 TiO_2光催化氧化技术11-12
• 1.3 光催化反应器12-14
• 1.3.1 光催化反应器的类型12-13
• 1.3.2 悬浮型光催化-膜分离耦合工艺13-14
• 1.4 膜分离技术14-17
• 1.4.1 膜污染14-15
• 1.4.2 膜污染的控制15-16
• 1.4.3 悬浮型光催化-膜分离耦合工艺中膜污染研究现状16-17
• 1.5 负载型TiO_2催化剂研究进展17-20
• 1.5.1 负载型TiO_2催化剂的固定化方法18-19
• 1.5.2 负载型TiO_2催化剂研究现状19-20
• 1.6 本课题研究的内容及意义20-22
• 1.6.1 研究的内容20
• 1.6.2 研究的意义20-22
• 第二章 光催化-膜分离耦合反应装置和实验方法22-34
• 2.1 光催化-膜分离耦合反应装置22-23
• 2.2 实验23-30
• 2.2.1 实验材料23
• 2.2.2 实验方法23-26
• 2.2.2.1 TiO_2/MCM-41催化剂的制备方法23-24
• 2.2.2.2 光催化降解实验24-25
• 2.2.2.3 悬浮性能实验25
• 2.2.2.4 膜污染实验25-26
• 2.2.3 粒径分析26-30
• 2.2.3.1 MCM-41分子筛粒径分析26-28
• 2.2.3.2 TiO_2/MCM-41催化剂粒径分析28-30
• 2.3 光催化-膜分离耦合反应装置基本操作条件确定30-32
• 2.3.1 光催化区曝气量30-31
• 2.3.3 酸性红B浓度31
• 2.3.4 TiO_2投加量31-32
• 2.4 本章小结32-34
• 第三章 商业TiO_2催化剂对膜污染的影响研究34-44
• 3.1 实验34
• 3.1.1 实验材料34
• 3.1.2 实验方法34
• 3.2 结果与讨论34-43
• 3.2.1 商业TiO_2催化剂浓度的影响34-35
• 3.2.2 pH值的影响35-37
• 3.2.3 跨膜压差的影响37-38
• 3.2.4 光催化区曝气量的影响38-39
• 3.2.5 膜底部曝气量的影响39-40
• 3.2.6 电解质的影响40-41
• 3.2.7 循环管气冲洗时间间隔的影响41-42
• 3.2.8 酸性红B的影响42-43
• 3.3 本章小结43-44
• 第四章 TiO_2/MCM-41催化剂的光催化降解性能和悬浮性能44-60
• 4.1 实验44-45
• 4.1.1 实验材料44
• 4.1.2 实验方法44-45
• 4.1.2.1 TiO_2/MCM-41催化剂的制备方法44
• 4.1.2.2 TiO_2/MCM-41催化剂对废水的降解实验44
• 4.1.2.3 TiO_2/MCM-41催化剂的悬浮性能实验44-45
• 4.2 结果与讨论45-57
• 4.2.1 TiO_2/MCM-41催化剂的光催化降解性能45-51
• 4.2.1.1 TiO_2负载量的影响45-46
• 4.2.1.2 MCM-41分子筛粒径的影响46-48
• 4.2.1.3 TiO_2/MCM-41催化剂粒径的影响48-49
• 4.2.1.4 TiO_2/MCM-41催化剂超声处理的影响49-50
• 4.2.1.5 TiO_2/MCM-41催化剂与商业Ti02催化剂的比较分析50-51
• 4.2.2 TiO_2/MCM-41催化剂的悬浮性能51-57
• 4.2.2.1 TiO_2负载量的影响51-52
• 4.2.2.2 MCM-41分子筛粒径的影响52-53
• 4.2.2.3 TiO_2/MCM-41催化剂粒径的影响53-54
• 4.2.2.4 TiO_2/MCM-41催化剂超声处理的影响54-56
• 4.2.2.5 TiO_2/MCM-41催化剂与商业TiO_2催化剂的比较分析56-57
• 4.3 本章小结57-60
• 第五章 TiO_2/MCM-41催化剂对膜污染的影响研究60-70
• 5.1 实验60
• 5.1.1 实验材料60
• 5.1.2 实验方法60
• 5.1.2.1 TiO_2/MCM-41催化剂的制备方法60
• 5.1.2.2 TiO_2/MCM-41催化剂的膜污染实验60
• 5.2 结果与讨论60-68
• 5.2.1 TiO_2负载量的影响60-62
• 5.2.2 MCM-41分子筛粒径的影响62-63
• 5.2.3 TiO_/MCM-41催化剂粒径的影响63-64
• 5.2.4 TiO_2/MCM-41催化剂超声处理的影响64-65
• 5.2.5 TiO_2/MCM-41催化剂与商业TiO_2催化剂的比较分析65-66
• 5.2.6 膜底曝气的影响66-67
• 5.2.7 在线反冲洗的影响67-68
• 5.3 本章总结68-70
• 第六章 结论与展望70-72
• 6.1 结论70-71
• 6.2 展望71-72
• 参考文献72-80
• 发表论文和参加科研情况80-82
• 发表论文和申请专利80
• 获得奖励80-82
• 致谢82

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