微米级负载型TiO_2催化剂在光催化-膜分离反应器中的应用

基于光催化-膜分离三相流化床反应器的结构特点及膜分离特性,以微米级MCM-41分子筛为载体,采用原位生成法制备微米级负载型TiO2催化剂。针对微米级负载型TiO2催化剂在光催化-膜分离反应器中的分布特性、悬浮特性、分离特性及膜污染特性进行研究。结果表明,曝气量一定的情况下,微米级负载型TiO2催化剂在光催化-膜分离反应器中具有良好的悬浮特性,且优于纳米TiO2。随着催化剂投加量的增加,悬浮浓度也随之增加。光催化反应器底部曝气0.3m3/h、催化剂投加量为1 g/L时为宜。膜分离器中催化剂悬浮浓度明显低于光催化反应器;该微米级催化剂与纳米TiO2相比具有不粘附、不堵塞膜孔等优良特性,能够有效降低膜污染,延长分离膜使用寿命。膜底曝气为0.1 m3/h时,反应器连续运行5 h(未加反冲洗)后,微米级负载型TiO2催化剂和纳米TiO2对膜组件的污染程度分别为膜通量衰减率4.3%和37.4%。反应器连续运行72 h,膜组件依然具有很好的分离特性。     

微米级负载型TiO2催化剂在光催化-膜分离反应器中的应用

基于光催化．膜分离三相流化床反应器的结构特点及膜分离特性,以微米级MCM-41分子筛为载体,采用原位生成法制备微米级负载型TiO2催化剂。针对微米级负载型TiO2催化剂在光催化一膜分离反应器中的分布特性、悬浮特性、分离特性及膜污染特性进行研究。结果表明,曝气量一定的情况下,微米级负载型TiO2催化剂在光催化一膜分离反应器中具有良好的悬浮特性,且优于纳米TiO2。随着催化剂投加量的增加,悬浮浓度也随之增加。光催化反应器底部曝气0．3m。／h、催化剂投加量为1g／L时为宜。膜分离器中催化剂悬浮浓度明显低于光催化反应器;该微米级催化剂与纳米TiO2相比具有不粘附、不堵塞膜孔等优良特性,能够有效降低膜污染,延长分离膜使用寿命。膜底曝气为0．1m3／h时,反应器连续运行5h（未加反冲洗）后,微米级负载型TiO2催化剂和纳米TiO2对膜组件的污染程度分别为膜通量衰减率4．3％和37．4％。反应器连续运行72h,膜组件依然具有很好的分离特性。     

固载型TiO2光催化反应器对富营养水体杀藻作用研究

以泡沫镍作为载体，利用电沉积技术将纳米TiO₂负载在泡沫镍上，制成固载型TiO₂光催化反应器。研究表明，经过光催化反应器处理的富营养水体，30 h内叶绿素a由96.2 mg/m³降至2.2mg/m³，下降率达97.6％，而未负载纳米TiO₂普通泡沫镍材料，在同样光强的紫外灯照射下，叶绿素a下降率为74.3％，表明紫外光照射虽然也具有一定的杀藻功能，但是光催化反应才是藻类被杀灭的主要原因。利用9.54 m³景观喷水池进行杀藻中试，光催化反应器也同样表现出优异的杀藻性能，12 d内叶绿素a由18.7 mg/m³降至1.9mg/m³，下降率达到89.8％，水体由浓绿变为清澈见底，这表明光催化反应器具有很强的杀藻能力，通过有效杀灭富营养水体中藻类、控制藻类基数，对应急处理城市景观水、湖泊等富营养水体和突发性藻华，提高生物-生态法处理效率，改善城市水环境具有十分重要的意义。     

TiO2膜降解水中污染物的稳定性考察与再生方法研究

针对实际水处理中对催化剂性能的要求，以光催化降解苯酚溶液作为探针反应，考察了玻璃纤维网上负载的TiO₂膜催化剂长期使用条件下的稳定性，研究了催化剂在自来水中使用失活后的再生方法。结果表明，经过50次使用之后，膜催化剂120 min反应对苯酚的降解率从100%下降至83%，总体上看，所制催化剂还是具有相当好的稳定性；在反应器中用蒸馏水浸泡配合光催化反应对TiO₂膜催化剂进行原位再生是一种可行的再生途径。     

银钛共负载型光催化材料降解甲基橙废水简

以膨胀珍珠岩为载体,采用溶胶凝胶法对其进行负载,制备出不同类型的光催化材料（TiO₂-EP、Ag⁺-TiO₂-EP）,并在模拟日光条件下,研究其对甲基橙溶液的降解效果。结果表明,浸渍3次且担载0.04% Ag⁺的负载型TiO₂光催化活性最高,在光催化剂用量为0.3 g,20 mL初始浓度为10 mg/L甲基橙溶液光照4 h后降解率可达81.6%,且甲基橙的光催化降解服从一级动力学方程。回收3次后仍有较强的活性,其2 h降解率为24.8%。     

锰掺杂WO3-TiO2复合光催化剂的制备及其性能研究

溶胶-凝胶和浸渍相结合的方法制备锰掺杂WO₃-TiO₂复合光催化剂，RXD表征，考察WO₃和Mn²⁺掺入量、焙烧温度、焙烧时间及催化剂用量对光催化降解甲基橙的影响。结果表明，500℃焙烧2h，掺杂量n_{（Mn²⁺）}∶n_（WO3）∶n_（TiO2）＝0.8∶1∶100时，光催化活性最高，光催化降解甲基橙溶液，120min后，降解率达90%, 比单纯 TiO₂的光催化活性提高81%。     

H4SiW12O40/TiO2/beads光催化降解亚甲基蓝的研究

以钛酸四丁酯为原料,空心微珠为载体,采用溶胶凝胶法制备TiO₂/beads光催化剂载体,然后浸渍法制备出H₄SiW₁₂O₄₀/TiO₂/beads表面负载修饰型复合光催化剂,并运用SEM、XRD、FT-IR和DRS对催化剂进行表征和分析。研究了H₄SiW₁₂O₄₀/TiO₂/beads对亚甲基蓝降解的光催化活性,考察了光强度、pH值、曝气量、底物浓度和催化剂用量等对催化效率的影响。实验结果表明,在中性条件下,H₄SiW₁₂O₄₀/TiO₂/beads催化剂的投加量为0.25 g/L,浓度为7.5 mg/L的亚甲基蓝溶液在250 W的紫外灯和600 W的可见光灯下光照60 min降解率分别可达到94.5%和55%。     

负载V2O5-WO3/TiO2掺炭纤维脱除烟气中Hg0

通过固定床实验系统研究烟气脱除零价汞的实验,首先研究了滤袋常用的聚苯硫醚（polyphenylene sulfide,PPS）以及活性炭纤维（activated carbon fiber,ACF）在不同温度、不同气体组分下负载V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂,对模拟燃煤烟气中零价汞（Hg⁰）的脱除效果。然后对比研究了活性炭纤维协同滤袋常用纤维负载催化剂后,对模拟燃煤烟气中Hg⁰的脱除性能。结果表明,在汞蒸气入口浓度为50 μg/m³,纯N₂气氛下,当温度为25℃时,两者脱除率均能达到99%,当温度为200℃,负载催化剂的活性炭纤维脱除率在30%左右,PPS纤维仅为10%左右。在200℃情况下,模拟烟气的组分为N₂+O₂时,2种纤维的Hg⁰脱除率提高了10%~20%,当在混合气体中添加0.01‰后,负载催化剂的PPS纤维Hg⁰脱除率能达到80%,活性炭纤维Hg⁰脱除率能达到98%。当温度为200℃,模拟烟气的组分为N₂+O₂+HCl时,不同性能掺炭纤维负载催化剂后Hg⁰脱除率在69%~95%范围之间变化,其中PPS掺炭纤维对Hg⁰脱除效率最高达到95%,因此,负载V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂的PPS掺炭纤维能在高温烟气中保持较高的Hg⁰脱除率。     

等离子体协同光催化去除模拟烟气中SO2的实验研究

近年来,低温等离子体技术以及纳米TiO₂光催化技术在烟气脱硫中的应用越来越引起人们的关注。利用填充床反应器将这2种技术有机地结合起来，进行了大量脱硫实验研究。研究结果表明，等离子体协同光催化去除烟气中的SO₂与单独采用等离子体技术相比，其SO₂的去除率可提高5%～20%。同时，探讨了等离子体协同TiO₂光催化剂的脱硫机理，分别研究了外加电压、气体流量和SO₂初始浓度等因素对脱硫效率的影响。实验结果表明，当SO₂初始浓度为800 mg/m³，输入电压为17.5 kV，气体流量为0.2 m³/h时，SO₂脱除率可以达到77.6%。     

V/Ce共掺杂TiO2光催化降解甲醛的实验研究

采用溶胶凝胶法制备了不掺杂、V 掺杂、Ce掺杂、V/Ce共掺杂纳米TiO₂光催化剂,并将其分别负载于瓷砖上,利用X射线衍射分析（XRD）和扫描电镜分析（SEM）技术对薄膜样品的结构和形貌进行了表征。通过对甲醛的降解实验评价光催化剂的光催化活性。实验结果表明,光催化剂的负载量、共掺杂离子的掺杂量、掺杂配比、煅烧温度影响纳米TiO₂的光催化活性。V/Ce共掺杂TiO₂光催化剂产生了协同效应,其光催化活性优于纯TiO₂和单掺杂TiO₂样品。     

光催化-膜分离三相流化床循环反应装置处理酸性红B废水

耦合光催化氧化和有机膜分离技术,设计了一种新型光催化氧化-有机膜分离三相流化床循环反应装置（循环反应装置）;并对循环反应装置光催化降解酸性红B时的影响因素进行了研究。结果表明,减小膜出水通量和降低酸性红B废水浓度均有利于膜出水降解率的提高;循环反应装置中废水降解率随光催化反应器底部曝气量的增加而先增加再降低,膜分离器中废水降解率的波动则随曝气量的增加而总是在增大,其最佳曝气量为1．00m^3／h;光催化反应器中多光源布置有利于循环反应装置的稳定运行;循环反应装置可有效地处理酸性红B废水。     

好氧颗粒污泥动态膜生物反应器工艺参数及运行性能

以一体式尼龙筛网动态膜生物反应器(DMBR)为研究体系,与好氧颗粒污泥相结合,形成新的好氧颗粒污泥动态膜生物反应器(AGDMBR),探讨了在新工艺条件下对COD、氨氮的去除,以及出水浊度的变化,与活性污泥动态膜生物反应器(DMBR)做比较,研究了进水流量、曝气量等工艺运行参数与膜污染之间的关系,并对系统中污泥的EPS进行分析。结论表明,AGDMBR系统对COD和NH4+-N的平均去除率分别为91%和95%,出水浊度为6 NTU,处理效果均优于DMBR系统;AGDMBR系统在运行过程中膜污染速度随进水流量的增大而加快;曝气量为125～150 L/h时,膜通量持续时间最长;AGDMBR系统比DMBR系统在膜污染的延缓上具有明显的优势。     

燃煤烟气低温SCR脱硝中试研究

低温选择性催化还原(SCR)脱硝是国内外脱硝技术研发的热点,但目前主要集中在实验室小试范围,无法完全反映催化剂在实际烟气中的运行状况。在30 t/h循环流化床燃煤锅炉脱硫除尘装置后建设了2 000~5 000 m3/h的SCR脱硝中试装置,经系统研究发现,中试使用的蜂窝式催化剂对SO2和NO具有很强的吸附能力,且反应温度、喷氨速率和气体空速均会影响催化脱硝效率。为期5 d的连续运行实验结果表明,催化剂的脱硝效率一直稳定在30%~50%,并未发现明显的失活,这证明设计除雾除尘器、较大的混合器、混合器与反应器间较长的管路均有利于缓解催化剂因SO2、H2O和飞灰中的碱性金属导致的失活。     

吸附-预沉淀MBR工艺处理生活污水及膜污染控制效果

膜污染是限制膜生物反应器（MBR）广泛应用的主要因素之一。针对MBR处理生活污水过程中存在的硝化效果不稳定与膜污染问题,提出了一种新型的MBR系统：通过吸附-预沉淀实现进水中碳氮的分离和单独处理,不仅提高了污染物去除效果,且能够有效控制膜污染。研究结果表明,吸附-预沉淀可以去除进水中约89.7%的有机物,系统出水COD、NH₄⁺-N平均浓度为24 mg/L、0.78 mg/L,去除率分别为95.9%和98.1%。MBR中碳氮比的降低和硝化细菌比例的增加大大降低了MBR内MLSS、EPS和SMP含量,平均浓度分别为5 185 mg/L、41 mg/g MLSS和2.62 mg/g MLSS。在膜通量为4 L/（m²·h）条件下,TMP可稳定保持在20 kPa左右。通过吸附-预沉淀过程可有效控制MBR中的膜污染。     

Cu/La共掺杂TiO2光催化氧化水中的氨氮

采用水解-沉淀法制备了Cu/La共掺杂纳米TiO2催化剂,利用XRD、XPS和BET技术对其进行表征,并考察了在紫外灯下,共掺杂TiO2对氨氮的光催化氧化工艺条件。物相结构和比表面积测试结果表明,共掺杂催化剂具有较好的锐钛矿晶型,孔径分布为4～8 nm,Cu/La共掺杂TiO2La以La3+,Cu是以Cu2+、Cu+的形式掺杂进入TiO2的晶格。光催化实验表明:所得改性光催化剂对氨氮的去除及焦化废水的处理均具有较高的催化活性。     

MBR净化受污染地表水的自然启动及稳定运行除污染特性

为了考察膜生物反应器(MBR)净化受污染地表水自然启动过程中功能菌群的成熟规律及碱度对MBR去除水中氨氮的影响,通过构建小试规模的MBR,考察了MBR处理受污染地表水的自然启动和稳定运行除污染特性。结果表明,MBR在自然启动过程中不会出现异养菌成熟的标志,系统对进水DOC、UV254和CODMn的平均去除率分别仅为(14.5±5.1)%、(12.6±5.6)%和(31.2±7.4)%,应考虑将其他工艺与MBR联用以提高系统的有机物去除能力。启动23天后,MBR中的亚硝化细菌成熟,NH3-N去除率达到80%以上;启动31 d后,MBR中的硝化细菌成熟,出水NO2--N稳定在0.05mg/L以下。碱度对MBR去除NH3-N效能影响较大,向进水中投加30 mg/L的NaHCO3能使MBR对NH3-N的去除率由(86.1±3.7)%提高至(98.0±1.6)%。在连续曝气、10 L/(m2.h)通量、每10 min反洗15 s运行模式下,MBR的膜污染较为严重,平均TMP增长速率为0.45 kPa/d,需进一步优化相关参数以实现MBR的长期稳定运行。     

平板膜-生物反应器净化微污染水源水的研究

利用平板膜-生物反应器恒流运行处理微污染水源水,考察通量为18、25及30 L/m2·h时其运行特性及有机物和氨氮的去除效果.结果表明:3个工况对COD的去除率分别为78.7%、76.9%和80.4%,出水COD低于15 mg/L;3个工况对NH4 -N的去除率分别为90.4%、87.4%和92.8%,出水NH4 -N低于0.5 mg/L;3个工况对UV254的去除率分别为27.5%、28.2%和48.1%.胞外聚合物(EPS)的研究结果表明,其与膜污染之间并没有显著关系,运行通量的选择是影响膜污染和操作运行的一个重要原因.     

废水中KMnO4对生物处理效果的影响

为减轻和消除含高浓度KMnO4的牛仔服加工废水对生物处理系统的毒害作用,采用模拟序批式活性污泥法,研究KMnO4对活性污泥微生物生长的影响及COD和NH4+-N的降解规律。结果表明,当处理进水COD浓度500 mg/L,NH4+-N浓度23.5 mg/L,污泥浓度为2 000 mg/L时,曝气时间为4 h,KMnO4质量浓度增加对COD和NH4+-N的降解影响很大;同样条件下曝气时间改为8 h,对NH4+-N的降解影响显著减小,但对COD的降解影响减少不多;并且,高浓度KMnO4对NH4+-N去除效果的抑制作用比对COD的大。因此,处理含高浓度KMnO4的废水需要延长一倍曝气时间,可以获得良好的COD和NH4+-N的降解效果。同时,KMnO4对活性污泥的抑制影响较好地吻合非竞争性抑制机理修正莫若特方程的规律。     

Nano-TiO2 enhances the toxicity of copper in natural water to Daphnia magna

The acute toxicity of engineered nanoparticles (NPs) in aquatic environments at high concentrations has been well-established. This study demonstrates that, at a concentration generally considered to be safe in the environment, nano-TiO₂ remarkably enhanced the toxicity of copper to Daphnia magna by increasing the copper bioaccumulation. Specifically, at 2 mg L⁻¹ nano-TiO₂, the (LC₅₀) of Cu²⁺ concentration observed to kill half the population, decreased from 111 μg L⁻¹ to 42 μg L⁻¹. Correspondingly, the level of metallothionein decreased from 135 μg g⁻¹ wet weight to 99 μg g⁻¹ wet weight at a Cu²⁺ level of 100 μg L⁻¹. The copper was found to be adsorbed onto the nano-TiO₂, and ingested and accumulated in the animals, thereby causing toxic injury. The nano-TiO₂ may compete for free copper ions with sulfhydryl groups, causing the inhibition of the detoxification by metallothioneins.