光催化降解水體中有機污染物的研究.pdf

1、水體中有機污染物的治理是近年來環境治理的重點和難點。相對于常用的物理方法和生物方法，光催化降解技術以其廣譜適用性和對有毒有機物的敏感性，為有機廢水處理提供了一條新的、有工業化實際應用價值的途徑。 論文以納米TiO<,2>、微米TiO<,2>纖維和海底錳結核作為光催化劑，配合采用紫外光照射的方法，選取具有代表性、有毒和難以降解的有機磷、氨基甲酸酯類和有機氯殺蟲劑，及染料類化合物等作為研究對象，主要進行了三方面的研究工作，對有毒、有

2、害的有機物廢水進行TiO<,2>光催化降解處理、海水淡化預處理和海底錳結核對有機污染物的光催化降解，研究成果在光催化方面提供了有價值的科學理論依據和工業化應用參考。 一、納米TiO<,2>光催化降解有機物的研究 1．采用納米TiO<,2>光催化降解有機磷殺蟲劑，目標降解化合物為磷酸酯類的O,O-二甲基-2，2，2-三氯-1-羥基乙基膦酸酯(Trichlorfon，敵百蟲)和二硫代磷酸酯類的O,O-二甲基-S-(N-甲基氨

3、基甲酰甲基)二硫代磷酸酯(Dimethoate,樂果)，詳細研究了難分解的二硫代磷酸酯降解過程中納米TiO<,2>的用量、起始pH、樂果濃度、紫外燈光強、外加氧化劑(H<,2>O<,2>和K<,2>S<,2>O<,8>)、離子效應(Fe<'3+>、Cu<'2+>、Zn<'2+>和Cr<'3+>)、陰離子效應(Cl<'->、NO<,3><'->和HCO<,3><'->)、光敏劑(腐殖酸)、淬滅劑(丙酮)和超聲場(US／UV)協同效應等因素

4、對降解效率所產生的影響，并利用GC-MS分析了樂果的降解產物。研究結果表明，單獨采用紫外光降解樂果120min，只有3.22％的樂果被降解，當采用濃度為0.6g／L的納米TiO<,2>對樂果進行120min光催化反應后，80.15％的樂果被降解，光催化降解反應繼續進行到160min時，有99％的樂果被降解，并轉化為無毒的無機物。論文還依據量子化學程序計算結果證實了納米TiO<,2>光催化降解反應的機理，并根據L-H光催化降解模型推導證明

5、了樂果的光催化降解符合一級反應動力學方程。 2．采用納米TiO<,2>光催化降解氨基甲酸酯類殺蟲劑—2,3-二氫-2,2-二甲基-7-苯并呋喃基．甲基氨基甲酸酯(Carbofuran呋喃丹)、 1-(甲硫基)亞乙基氨甲基氨基甲酸酯(Methomyl，滅多威)和2-(1-甲基乙氧基)苯基氨基甲酸酯(propoxur，殘殺威)，探索在降解過程中NH<,4><'+>，NO<,2><'->和NO<,3><'->的變化規律，研究結果顯示三

6、種氨基甲酸酯類化合物(呋喃丹、滅多威、殘殺威)采用納米TiO<,2>進行光催化降解反應，均能在l小時內完全降解為NH<,4><'+>、NO<,3><'->和其它無機離子，其降解率數倍于純紫外光降解。 3．采用納米TiO<,2>/UV/H<,2>O<,2> 催化降解具有高毒性且很難降解的五氯酚鈉，其效果十分顯著。若單獨用紫外光降解五氯酚鈉1小時，只有59[％]的氯離子脫離轉變為無機離子，而采用納米TiO<,2>/LV/H<,2>

7、O<,2>光催化降解五氯酚鈉1小時，就能達到98[％]的脫氯率，實現有機氯化合物光催化快速完全脫氯的目標。 4．采用納米TiO<,2>光催化降解偶氮類染料甲基橙和醌類染料羅丹明B，探索出含氮染料在TiO<,2>光催化降解過程中NH<,4><'+>，NO<,2><'->和NO<,3><'->的變化規律，并以甲基橙為目標降解化合物，重點研究了在自制TiO<,2>光催化劑中摻雜Bi和Co后對光催化降解效率的影響。研究結果表明純紫外光

8、降解甲基橙、羅丹明B60min后，其脫色率分別為83.07[％]、91.35[％]，而采用納米TiO<,2>光催化降解甲基橙和羅丹明B僅15min，它們的脫色率就分別達到94.98[％]和100[％]。過渡態金屬Bi離子和Co離子的摻雜，TiO<,2>的降解率能提高約8[％]。 5．采用納米TiO<,2>光催化降解海水中的總溶解有機碳(TOC)，能在120min內降解海水中64.7[％]的DOC，而單獨用紫外光降解海水120mi

9、n，只能降解14.5[％]的DOC，首次提出海水淡化預處理的TiO<,2>光催化法。 二、微米級TiO<,2>纖維光催化降解有機物的研究。 論文以O，O-二甲基-2，2，2-三氯-1-羥基乙基膦酸酯(trichlorfon，敵百蟲)為目標降解化合物，著重研究了TiO<,2>纖維在光催化降解過程中TiO<,2>纖維的用量、起始pH、敵百蟲濃度、外加氧化劑(H<,2>O<,2>)、Cu<'2+>離子效應、Cl<'->離子效應

10、、光敏劑腐殖酸等因素對降解效率所產生的影響。研究結果表明，Tio<,2>纖維和納米TiO<,2>在60min內分別降解了96.42[％]和99.86[％]的敵百蟲，TiO<,2>纖維由于具有納米孔道結構，因而達到了納米TiO<,2>的光催化活性。 三、論文首次將價格低廉、儲量巨大的海底錳結核作為光催化劑，以染料甲基橙為降解物質，研究其光催化效果，探索出在光催化降解過程中錳結核的用量、起始pH、是否通空氣、甲基橙濃度、外加氧化劑(