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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- TiO2微/納米纖維多孔膜光催化降解印染廢水的 研究
- 小類：
- 能源化工
- 簡(jiǎn)介：
- 納米TiO2微/納米纖維多孔膜光催化法降解印染廢水較以往的處理方法有了很大的改進(jìn)，其優(yōu)點(diǎn)顯而易見。本研究初步解決了光催化劑固定化與光催化效率之間的矛盾。易于回收過濾，給工程應(yīng)用和工藝設(shè)備的優(yōu)化創(chuàng)造了條件。為充分利用太陽光降解環(huán)境污染物，緩解當(dāng)前日益嚴(yán)重的能源危機(jī)和環(huán)境惡化，提供了最有效的途徑。
- 詳細(xì)介紹：
- 為了解決TiO2光催化劑實(shí)用化過程中的關(guān)鍵問題之一—光催化劑固定化與光催化效率之間的矛盾，獲得具有高光催化效率的、可方便地回收重復(fù)使用的TiO2光催化劑。本文用靜電紡絲技術(shù)和溶膠-凝膠技術(shù)制備了Ti 前驅(qū)體/PVP微/納米纖維膜， 經(jīng)600?C 煅燒后得到TiO2微/納米纖維多孔膜。分別用掃描電鏡和XRD分析了樣品的形貌和晶態(tài)結(jié)構(gòu)，用75S2紫外–可見分光光度計(jì)和XH一9004型COD快速測(cè)試儀對(duì)光催化前后的印染廢水進(jìn)行了吸光度和COD的測(cè)定。研究了該多孔膜，在太陽光照射下降解以活性染料為主，分散染料為輔的印染廢水的光催化效率、影響因素及其回收使用情況。結(jié)果表明，所獲得的TiO2微/納米纖維膜是一種具有雙重孔結(jié)構(gòu)的多孔膜，其中的纖維光滑、連續(xù)而均勻，直徑大約為33–315 nm，并且是一種多孔纖維。用此膜降解以活性染料為主，分散染料為輔的印染廢水催化效率高，在2 h 內(nèi)，就可以使其脫色率達(dá)到84.38 %，COD從2800±200降到460.53± 23.02。其光催化印染廢水的脫色率隨pH 值的上升而下降。用量有一個(gè)最佳值，過多過少都會(huì)降低它的光催化效率。當(dāng)用量在400 mg/L ~ 800 mg/L時(shí)，脫色率隨用量的增加迅速上升。而當(dāng)用量超過800 mg/L時(shí)，脫色率隨用量的增加變化很少。并且TiO2微/納米纖維多孔膜的光催化效率略優(yōu)于TiO2納米顆粒，重復(fù)使用效果好。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 目的：研究TiO2微/納米纖維膜，在太陽光照射下降解印染廢水的光催化效率、影響因素及其回收使用情況，找到TiO2微/納米纖維膜光催化印染廢水的最佳工藝。 基本思路：用溶膠-凝膠和靜電紡絲技術(shù)，制成TiO2微/納米纖維多孔膜。通過分別研究PH值、TiO2用量和太陽光照射時(shí)間的變化對(duì)TiO2微/納米纖維多孔膜太陽光催化降解印染廢水效率的影響，來找到最佳的TiO2微/納米纖維膜太陽光催化條件。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- （一）科學(xué)性： 1. 設(shè)計(jì)方法科學(xué)：采用了正交試驗(yàn)測(cè)試方法。 2. 測(cè)試方法科學(xué)：嘉興欣悅印染有限公司污水處理中心檢測(cè)COD值。75S2紫外–可見分光光度計(jì)測(cè)得吸光度，進(jìn)而計(jì)算脫色率。 （二）先進(jìn)性及獨(dú)特之處： 1. 材料制備方法先進(jìn)：通過溶膠凝膠技術(shù)、靜電紡絲技術(shù)和煅燒法制得。2. 用TiO2微/納米纖維多孔膜代替TiO2微/納米顆粒。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- （一）實(shí)際應(yīng)用價(jià)值： 當(dāng)前企業(yè)處理印染廢水工序多，耗能大，且產(chǎn)生大量的淤泥。我們的處理方法能達(dá)到相同的處理效果，但大大簡(jiǎn)化了工序并且低碳環(huán)保，無淤泥產(chǎn)生。 （二）現(xiàn)實(shí)意義： 能充分利用太陽能處理廢水，低碳環(huán)保，無二次污染，無催化劑中毒的現(xiàn)象，可重復(fù)利用。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 本文用靜電紡絲技術(shù)和溶膠-凝膠技術(shù)制備了Ti 前驅(qū)體/PVP微/納米纖維膜， 經(jīng)600?C 煅燒后得到TiO2微/納米纖維多孔膜。分別用掃描電鏡和XRD分析了樣品的形貌和晶態(tài)結(jié)構(gòu)，用75S2紫外–可見分光光度計(jì)和XH一9004型COD快速測(cè)試儀對(duì)光催化前后的印染廢水進(jìn)行了吸光度和COD的測(cè)定。研究了該多孔膜，在太陽光照射下降解以活性染料為主，分散染料為輔的印染廢水的光催化效率、影響因素及其回收使用情況。結(jié)果表明，所獲得的TiO2微/納米纖維膜是一種具有雙重孔結(jié)構(gòu)的多孔膜，其中的纖維光滑、連續(xù)而均勻，直徑大約為33–315 nm，并且是一種多孔纖維。用此膜降解以活性染料為主，分散染料為輔的印染廢水催化效率高，在2 h 內(nèi)，就可以使其脫色率達(dá)到84.38 %，COD從2800±200降到460.53± 23.02。其光催化印染廢水的脫色率隨pH 值的上升而下降。用量有一個(gè)最佳值，過多過少都會(huì)降低它的光催化效率。當(dāng)用量在400 mg/L ~ 800 mg/L時(shí)，脫色率隨用量的增加迅速上升。而當(dāng)用量超過800 mg/L時(shí)，脫色率隨用量的增加變化很少。
獲獎(jiǎng)情況
- Thesis 1: The photocatalytic properties of TiO2 micro/nanofiber film for dye waste water decomposition. ISSN 2077-5133 NONLINEAR SCIENCE LETTERS D Conference Series, Volume 1, 2010, P77-82, Academic Publisher Limited，Hong Kong，China. Proceedings of 2009 National Confernce on Micro/Nano Electrospun Fibers and Applications Nov．27-28，2009，Jiaxing，China. 論文2：納米TiO2光催化廢水處理技術(shù)的研究現(xiàn)狀與展望, ISSN1008-6781, 第22卷第6期, 2010年11月, 嘉興學(xué)院學(xué)報(bào), P67-72.
鑒定結(jié)果
- TiO2微/納米纖維多孔膜光催化印染廢水技術(shù)，初步解決了光催化劑固定化和光催化效率之間的矛盾，且易于回收重復(fù)使用。為充分利用太陽光降解環(huán)境污染物，提供了有效的途徑。
參考文獻(xiàn)
- [1] 王 靈, 紀(jì)榮平．納米TiO2 光催化反應(yīng)器在污水處理中的研究進(jìn)展，新疆環(huán)境保護(hù)，30(4) 2008, 29-32 [2] 趙紅花．負(fù)載型 TiO2 光催化技術(shù)在水處理中的應(yīng)用, 甘肅聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，20(3) 2006, 61-63 [3] 王九思，蒲艷玲，李玉金．負(fù)載型 TiO2 光催化氧化降解甲基橙的實(shí)驗(yàn)研究, 甘肅科學(xué)學(xué)報(bào)，18 (3) 2006, 120-122 [4] J Guettai N, Amar H A．Photocatalytic oxidation of methyl orange in presence of titanium dioxide in aqueous suspension．part I：Parametric study, Desalination, 185 (1-3) 2005, 427-437 [5] 戈磊，徐明霞，鄂磊，田玉明. 二氧化鈦光催化材料研究的新動(dòng)向, 材料導(dǎo)報(bào), 18 (7) 2004, 57-60 [6] Asahi, R, Morikawa. T, Ohwaki, T, Aoki, K, Taga, Y. Visible-Light Photocatalysis in Nitrogen-Doped Titanium Oxides, Science, 293 (2001), 269-271 [7] Wu, J J, Yu, C J. Aligned TiO2 Nanorods and Nanowalls, J. Phys. Chem. B, 108 (2004), 3377-3379 [8] Kasuga T, Hiramatsu M, Hoson A, Sekino T, Niihara K. Titania Nanotubes Prepared by Chemical Processing, Adv. Mater. 11(1999), 1307-1311 [9] 程天行，柯強(qiáng). TiO2光催化氧化降解偶氮染料.溫州大學(xué)學(xué)報(bào)?自然科學(xué)版，29(4) 2008, 19-24
同類課題研究水平概述
- 納米TiO2光催化法降解法是目前最先進(jìn)最有前途的處理印染廢水的方法。TiO2作為光催化劑具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、無毒價(jià)廉、催化效率高，制備簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，它在紫外光的照射下，能產(chǎn)生羥基自由基，具有強(qiáng)氧化性能的羥基自由基最終使有機(jī)污染物氧化。利用這種方法處理印染廢水，將使廢水中的有機(jī)物快速?gòu)氐椎姆纸獬蔁o害的CO2和H2O[1-2]。 納米TiO2光催化法降解法投資少，能耗少，氧化反應(yīng)條件溫和，用紫外線或陽光下即可快速的發(fā)生催化氧化反應(yīng)，使有機(jī)染料的脫色降解率達(dá)到90%以上。處理后的廢水達(dá)到了國(guó)家規(guī)定的廢水排放標(biāo)準(zhǔn)[3]。 現(xiàn)有的研究表明[4-6]：TiO2光催化活性隨顆粒粒徑減小而增加，粒徑在5-50nm的TiO2表現(xiàn)出明顯的表面效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)，具有很強(qiáng)的光催化活性，然而如此細(xì)微的粒子直接應(yīng)用于廢水處理，催化劑則難以分離回收，導(dǎo)致運(yùn)行費(fèi)用偏高，從而限制了TiO2作為光催化劑的實(shí)際應(yīng)用。為了解決這一問題，目前，人們通過將TiO2固定在某種介質(zhì)(如：硅膠、高分子膜、多孔鋁陶瓷載體、玻璃等)上[7]。這些方法可以使TiO2回收時(shí)易于分離，但由于固定化技術(shù)還不成熟，致使催化劑表面積減小，影響其催化活性，光催化效率也同時(shí)降低。因而存在著光催化劑固定化與光催化效率之間的矛盾。二氧化鈦納米纖維被認(rèn)為具有很好的發(fā)展前景，TiO2納米纖維不僅具有相當(dāng)高的光催化活性，而且可以紡織成紗、線、布、氈等形狀。 用靜電紡絲技術(shù)和溶膠-凝膠法制備二氧化鈦微/納米纖維多孔膜代替納米二氧化鈦顆粒來光催化降解印染廢水，使二氧化鈦光催化劑既具有較高的光催化效率，又便于回收和重復(fù)使用。最終能將有機(jī)污染物徹底分解成CO2，H2O和其他無機(jī)鹽，沒有二次污染。
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