UV/H2Ｏ2/微曝气联用工艺矿化内分泌干扰物BPA试验研究

采用UV/H₂Ｏ₂/微曝气工艺对水中内分泌干扰物双酚A(BPA)的降解与矿化进行了试验研究.该工艺是在UV/H₂Ｏ₂的基础上发展起来的一种新工艺,微曝气在UV光照射下产生了一定量的O₃,提高了·OH的发生率.本试验研究了UV光强、H₂Ｏ₂投加量以及pH值对BPA矿化速率的影响.结果表明,随着UV光强的增大,BPA的矿化速率呈线性增加;当H₂Ｏ₂投加量由5 mg/L增大到20 mg/L时,BPA矿化速率常数k由0.003 2上升到0.025 0;当pH为6.68时,在相同条件下BPA的矿化效果最好.在同一工况条件下,UV/H₂Ｏ₂/微曝气工艺降解BPA的速率远远大于其矿化速率,分析得出在开始反应阶段BPA首先被降解为小分子有机物,随着反应的进一步进行小分子有机物逐步被矿化为无机物.     

具有双反应活性中心Cu-Al2O3-g-C3N4类芬顿催化剂及·OH选择性转化机理研究

采用水热合成法制备Cu-Al₂O₃-g-C₃N₄类芬顿催化剂,以扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、电子自旋共振（EPR）、拉曼光谱（Raman）对所制备的催化剂及反应过程进行表征.以染料亚甲基蓝（MB）和罗丹明B（Rh-B）及小分子有机物2,4-二氯苯氧乙酸（2,4-D）、双酚A（BPA）和苯妥英（PHT）为目标污染物,研究催化剂在初始pH=7条件下的类芬顿催化活性.同时,探讨Cu掺杂量和有机物配体g-C₃N₄掺杂量对体系催化性能的影响,并验证晶格氧诱发与有机配体络合两种方式对催化剂活性和稳定性提高产生的影响.DMPO-EPR自由基测定实验及Raman光谱监测催化反应过程验证表明：Cu的晶格氧掺杂诱发了靠近铜晶格O₂^·-的富电子Cu中心,以及靠近铝晶格O₂^·-的缺电子Al中心;引入的g-C₃N₄以阳离子π作用形式通过σ-型Cu—O—C键桥将π体系上的电子转移至Cu,形成一个新的缺电子π中心.在H₂O₂存在的情况下,富电子Cu中心将电子传递给H₂O₂,使其被还原为·OH;同时,体系中H₂O的电子被缺电子中心剥夺,进而氧化为·OH.羟基自由基转化率TOFs值的进一步计算结果表明,Cu-Al₂O₃-g-C₃N₄体系中TOF值为0.516 s^-1,是传统均相芬顿体系TOF值（1.53×10^-2 s^-1）的33倍以上.     

太阳光/硫掺杂TiO2体系对双酚A的氧化性能研究

利用小试试验研究了太阳光和硫(S)掺杂TiO2体系对水中双酚A(BPA)的降解效能及影响因素.结果表明,太阳光/S掺杂TiO2体系对纯水中BPA的去除效能较太阳光/TiO2体系显著提高,30 min时的去除率分别为79%和49%,且两体系对BPA的降解过程均很好地符合拟一级反应动力学模型;H2O2的投加量对两体系氧化BPA的性能均有显著的影响,但其最佳投加量不同(两体系的最佳H2O2浓度分别为20 mg/L和15 mg/L,太阳光/S掺杂TiO2比太阳光/TiO2体系高5 mg/L);较低的pH值有利于两体系中BPA的降解,pH为5.5时的反应速率常数比pH为8.5时高50%左右;腐殖酸会不同程度的降低两体系对BPA的降解速率,其影响均可以用二次方程来表示.此外,腐殖酸对太阳光/S掺杂TiO2体系的弱化作用要明显强于对太阳光/TiO2体系的,原因在于腐殖酸不仅会与BPA分子竞争.OH,而且会吸收部分可激发TiO2产生.OH的可见光.     

SiO2纳米粉掺杂对薄膜光催化剂结构和活性的影响

针对固定膜光催化剂吸附能力差的缺陷,在催化剂的涂覆溶胶中掺杂具有较大比表面积的SiO₂纳米粉制备了一种新的TiO₂薄膜.通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(TEM)和红外光谱(FTIR)等手段对催化剂进行表征发现,催化剂的晶相以锐钛矿为主,并含有少量的金红石,平均晶粒尺寸为27nm左右.其中掺杂的SiO₂以十几到几十纳米的无定型团簇形式分散于薄膜中,除了能增大薄膜的表面积外,对TiO₂的晶体结构和表面基团等性质几乎没有影响.光催化降解试验表明,SiO₂掺杂后薄膜的活性大大改善,并受掺杂SiO₂的原始粒径和掺杂量影响很大.此外,该催化剂还具有很好的稳定性,在连续30多天的使用中,对活性艳红X-3B的去除率一直维持在80%左右,活性未见降低.     

硼掺杂CeO2/TiO2光催化剂的制备及其活性研究

在三氯化钛和钛酸丁酯水解过程中引入硼酸、硝酸铈,制备了具有可见光活性的硼(B)掺杂CeO₂/TiO₂复合氧化物光催化剂,采用XRD、DRS、XPS等手段进行表征,以偶氮染料酸性红B为模型污染物评估了催化活性.结果表明,硝酸铈加入量影响催化剂的吸收带边,随用量增加,吸收带边红移至481nm(Ce/Ti=1.0,摩尔比),继续增加用量,吸收带边轻微蓝移.催化剂晶相组成与焙烧温度有关,500℃时焙烧样品主要由立方晶型CeO₂和锐钛矿TiO₂组成,焙烧温度高于700℃时,TiO₂转化为金红石型,CeO₂则无显著变化.随焙烧温度升高,催化剂吸收带边明显蓝移,综合考虑催化剂稳定性和太阳能利用,认为500℃焙烧较为合适.B1s XPS显示仅有少量B原子进入复合氧化物晶格取代了氧原子,主要以B₂O₃形式存在.酸性红B降解试验显示B掺杂CeO₂/TiO₂可以提高TiO₂的催化活性,紫外光辐射10min最高可使96.0%的酸性红B分解,且反应彻底,表现出较强的氧化能力,但Ce/Ti>0.5(摩尔比)时催化活性显著下降.     

O3/H2O2与O3/Mn氧化工艺去除水中难降解有机污染物的对比研究

以硝基苯为代表性有机污染物,对比研究了O₃/H₂O₂与O₃/Mn氧化工艺去除水中难降解有机污染物的效能与机理结果发现,2种催化氧化工艺均可以提高不易被单独臭氧氧化的硝基苯的去除效果,并且催化剂H₂O₂和Mn(Ⅱ)存在着最佳投量从已知的O₃/H₂O₂工艺反应机理,并根据硝基苯的化学性质和水中剩余臭氧动态监测结果推断,O₃/Mn降解硝基苯可能同样遵循自由基反应机理.向反应系统中投加H₂O₂和Mn(Ⅱ)还提高了臭氧的传质效果和有效利用率.对2种催化氧化工艺的特点和在实际水处理中应用进行了分析和探讨.     

Fe3+掺杂纳米管TiO2光催化臭氧化去除水中腐植酸

HA(humic acids, 腐植酸)是一种难降解天然有机物,常规饮用水处理工艺很难将其去除. 采用水热合成法制备纳米管TiO₂,并通过TEM(透射电镜)、XRD(X射线衍射)、XPS(X射线光电子能谱)和BET比表面积分析对催化剂进行表征,考察纳米管TiO₂光催化臭氧化对HA的去除效果. 结果表明:①254 nm紫外光照射下,500 ℃煅烧纳米管TiO₂催化臭氧化HA的工艺去除效果最佳,HA去除率可达42.1%,较单独臭氧化工艺提高92.2%. ②采用Fe³⁺掺杂纳米管TiO₂催化臭氧化工艺时,Fe³⁺掺杂量为1.0%(原子百分含量),煅烧温度为550 ℃时,催化效果最好,HA去除率可达79.5%. ③HA去除率高于TOC,0~10min内该现象更为明显. ④考察陶粒和活性炭负载Fe³⁺掺杂纳米管TiO₂的催化效果及催化次数对催化性能的影响发现,陶粒和活性炭负载Fe³⁺掺杂纳米管TiO₂存在下,HA去除率分别为85.1%和97.7%,使用4次后,HA去除率分别为73.9%和82.8%.     

上转换发光剂掺杂纳米TiO2的制备及可见光降解乙基紫的研究

合成了一种新型含有稀土金属Er的上转换发光剂40CdF₂·60BaF₂·1.6Er₂O₃,此上转换发光剂在488 nm可见光的激发下,产生了5个波长均小于387 nm的上转换紫外光发射峰.采用超声波分散的方法制备出了上转换发光剂掺杂的纳米TiO₂可见光光催化剂.利用X-射线衍射(XRD)及透射电镜(TEM)对催化剂进行了表征.以乙基紫染料为研究对象,研究了在(三基色灯下发出的)可见光的照射下该可见光光催化剂的催化降解性能,并与未掺杂的纳米TiO₂粉末的催化性能进行了对比.结果表明,作为掺杂成分的上转换发光剂可有效地将可见光转化为紫外光并被纳米TiO₂粉末吸收利用,在可见光照射12.0 h后乙基紫降解率达到了99.68%,大大高于未掺杂纳米TiO2时的降解率.     

碳黑改性TiO2薄膜光催化剂的结构性质

通过碳黑掺杂制备了改性的TiO₂薄膜光催化剂(CB-TiO₂),并采用液氮吸附、X射线衍射(XRD)和紫外-可见光漫反射光谱(DRS)对催化剂的比表面积、物相、晶粒度和最大激发波长等结构性质进行了表征.结果表明,CB-TiO₂的吸附性能大大改善,不同热处理温度下,BET比表面积增加50%～80%;同时碳黑掺杂能够减小催化剂的晶粒尺度,使相变温度降低.相应的光催化降解试验也表明,碳黑改性TiO₂的活性大大提高,其一级反应速率常数为普通TiO₂的1.5倍.     

壳-核结构Fe3O4/MnO2磁性吸附剂的制备、表征及铅吸附去除研究

采用共沉淀法制备了具有壳-核结构的磁性吸附剂Fe₃O₄/MnO₂,对其性质进行了系统表征,并对其铅吸附行为进行了初步研究.透射电镜(TEM)结果表明,Fe₃O₄/MnO₂为大小不规则的纳米级细小颗粒.X-射线衍射仪(XRD)表征结果表明,Fe₃O₄/MnO₂具有尖晶石的结构.振动样品磁强计(VSM)测得比饱和磁化强度为54.7 A·m²·kg^-1, 吸附剂磁性较强,易于磁分离;BET比表面积为76.5 m²·g^-1.吸附试验结果表明,Fe₃O₄/MnO₂对铅具有良好的去除效果(特别是在低平衡浓度情况下),最大吸附量为142.0 mg·g^-1(pH=5.0);Langmuir等温线能更好地拟合Fe₃O₄/MnO₂对溶液中铅的吸附(R²=0.852);吸附速率较快,在初始30 min内可达到平衡吸附量的80%,准二级动力学模型(R²=0.959)能较好地描述吸附过程;溶液pH对Fe₃O₄/MnO₂吸附铅的影响较为明显,随pH升高,吸附量增大,但离子强度变化对吸附影响不大.     

O3/H2O2法灭活水中剑水蚤类浮游动物

为解决水源水中孳生的水蚤类浮游动物难以被常规的水处理工艺有效地去除,困扰水厂正常生产运行的问题,进行了O₃氧化、H₂O₂氧化和O₃/H₂O₂高级氧化对水体中剑水蚤类浮游动物灭活效果的试验研究.发现3种方法中,O₃/H₂O₂联合时除蚤效果最佳,在蒸馏水中投量为O31.0mg/L、H₂O₂4mg/L时,接触30min达到100%的灭蚤率;单独O₃氧化效果也较好,投加1.0mg/L的灭蚤率为80%;H₂O₂氧化效果不理想,投加4mg/L几乎无灭蚤效果.进而考察确定了O₃/H₂O₂灭活剑水蚤的最佳工艺条件为:先加O₃后加H₂O₂,投加间隔时间30～60s为宜;并探讨了H₂O₂投量、水体pH值以及有机物含量对O₃/H₂O₂系统灭活剑水蚤效果的影响.试验中发现H₂O₂投量在4～10mg/L之间效果无较大变化,有机物含量对灭蚤影响较大,pH值的影响则较小.最后对O₃/H₂O₂预氧化与水处理混凝沉淀工艺的协同除蚤效能进行了考察.结果表明,O₃/H₂O₂预氧化与水处理混凝沉淀工艺的协同作用将会进一步提高除蚤的效果.     

人工智能助力臭氧催化剂SrFexZr1-xO3的开发

将人工智能应用于催化臭氧氧化催化剂SrFe_xZr_1-xO₃的开发过程,采用共沉淀法制备了50种不同配方的催化剂,考察聚乙二醇（PEG）投加量、煅烧时间、老化时间、氨水投加量和铁掺杂量对SrFe_xZr_1-xO₃催化剂催化臭氧降解间甲酚反应活性的影响.同时,利用人工神经网络（ANN）和响应面（RSM）对催化剂合成条件与TOC去除率和间甲酚转化率的关系进行拟合,训练集中ANN的R²值分别为0.91和0.97,高于RSM的R²值0.35和0.41;在4组测试集上ANN的均方误差（MSE）分别为9.87和17.67,远小于RSM的23.89和28.87.结果表明,ANN模型对催化剂制备过程的复杂体系具有更好的拟合和泛化能力.在ANN训练好的模型中通过枚举法寻找最优合成条件为：PEG投加量为19.00%,煅烧时间为1.25 h,老化时间为26.50 h,氨水投加量为6.21 mL,铁掺杂量为3.37%,所得催化剂为SrFe_0.13Zr_0.87O₃-B.最佳反应条件下,间甲酚转化率和TOC去除率分别达到98.52%和17.21%,优于空白组的73.46%和1.86%.     

草粉担载Na2CO3可逆脱硫吸附剂的制备及脱硫活性

通过浸渍方法,制备了5%～90%(质量分数)担载量Na₂CO₃/草粉脱硫剂.实验结果表明,较小的草粉粒度(≤0.28mm)和较低的气体流量(40mL/min)有利于SO₂脱除,但是脱硫温度(70℃～300℃)对脱硫效果影响不大.利用XRD,SEM,ATR-IR等分析手段,研究了草粉改性Na₂CO₃脱硫吸附剂的机理.实验证明:改性Na₂CO₃吸附剂高效脱硫的机理主要在于吸附剂表面结构的无定形态,因而具有比较大的比表面积(12.14m²/g)和孔体积(0.093cm³/g).     

UV/TiO2/H2O2体系对制药废水二级出水的处理特性研究

以某制药企业的二级出水为研究对象,对比了UV/TiO₂、UV/H₂O₂、UV/TiO₂/H₂O₂ 3种高级氧化工艺的处理效果,利用自主设计的一体化光催化装置进行了连续动态试验,并通过凝胶渗透色谱（GPC）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、三维荧光光谱（EEM）、斑马鱼急性毒性试验等方法研究了处理前后有机物特性和生物毒性的变化.结果表明,与UV/TiO₂和UV/H₂O₂体系相比,UV/TiO₂/H₂O₂光芬顿体系对有机物的去除效果更好,当TiO₂投加量为1 g·L^-1,H₂O₂投加量为100 mg·L^-1时,处理效果达到最佳.一体化光催化装置能够利用UV/TiO₂/H₂O₂光芬顿技术快速高效地降解二级出水中的有机污染物,反应30 min时COD去除率达到50%以上.经UV/TiO₂/H₂O₂深度处理后,废水中的大分子有机物分解转换为小分子,有机物中的不饱和结构明显减少,腐殖质等溶解性有机物基本降解完全.毒性试验结果表明,该二级出水的生物毒性经深度处理后显著降低,对斑马鱼胚胎不存在致畸致死效应.     

Al2O3催化臭氧化处理邻苯二甲酸二甲酯

'Al₂O₃催化剂对邻苯二甲酸二甲酯(DMP)溶液臭氧化过程的影响结果表明:Al₂O₃可以显著提高臭氧氧化的效果,反应120min后,TOC的去除率从单独臭氧氧化的23.9%提高到55.1%.实验中还考察了制备条件对Al₂O₃催化剂活性的影响并确定了反应的最佳工艺条件.在实验考察的范围内:焙烧温度600℃,Al₂O₃粒径为0.5～1.0mm时催化活性最高;最佳反应工艺条件为:催化剂投加量20g/L,混和气体流速200mL/min,反应温度15℃.通过单独臭氧氧化,单独臭氧氧化后再进行催化剂吸附,催化臭氧化的对比实验证明了Al₂O₃催化剂对体系TOC的去除主要是基于催化作用.     

UV/H2O2工艺降解微囊藻毒素-LR

采用UV/H₂O₂联合工艺,研究了光强、初始浓度、H₂O₂投加量、pH及阴离子对微囊藻毒素-LR (MC-LR)去除率的影响.结果表明,单独H₂O₂对MC-LR基本无去除效果;单独UV工艺可以一定程度上降解MC-LR;而UV/H₂O₂联合工艺由于发生协同作用明显提高降解效率.试验发现,随着光强的增大,MC-LR的去除率不断提高;随着MC-LR初始浓度的增大,其去除率不断降低;随着H₂O₂投加量的增大,降解速率常数逐渐增大,当H₂O₂投加量由1 mmol/L增大到3 mmol/L时,降解速率常数由0.084 4上升到0.166 4;当pH为3.13时,在相同条件下MC-LR的去除效果最好;阴离子的投加不利于MC-LR的降解,其中CO^2-₃、NO^-₃影响最大.     

溴代甲烷在SO42-/TiO2上的光催化降解

采用溶胶-凝胶法制备了SO₄^2-/TiO₂催化剂,运用XRD、BET比表面测定,FTIR等技术对催化剂进行了表征,并在微型常压连续反应装置上进行CH₃Br光催化反应性能考察.结果表明,SO₄^2-引入TiO₂体系使得催化剂的结构和光催化性能得到显著改善.SO₄^2-负载量为9%,烧结温度为450℃时,SO₄^2-/TiO₂催化剂的光催化活性最高;SO₄^2-/TiO₂催化剂对反应物料中的水汽有很好的耐受性;当反应温度低于85℃时,提高反应温度,有利于改善对CH₃Br的光催化反应活性,表观活化能约为19.6kJ·mol^-1,反应温度在85℃～105℃区间时,CH3Br的光催化降解表观活化能为0.     

基于CO2气体分离的固载离子液体@介孔二氧化硅混合基质膜

为提升混合基质膜对CO₂的气体分离性能,将具有良好CO₂吸附特性能的离子液体首先固载于介孔SiO₂中,而后将该复合材料掺杂到 聚酰亚胺高分子中构建高效分离CO₂的混合基质膜.研究结果表明,固载离子液体主要进入介孔SiO₂的孔道内部,但当绝大部分介孔孔道被离子液体填满后,过多离子液体在SiO₂颗粒外围形成连接.由于离子液体对CO₂优异的吸附性能,其固载后介孔SiO₂对CO₂的吸附性能得到的显著提升,这进一步增强了固载离子液体的介孔SiO₂掺杂混合基质膜对CO₂气体的捕获,随着混合基质膜中离子液体固载量增加其CO₂渗透性能也明显提升.但当固载离子液体加入量达到1.0 g时,固载离子液体的介孔SiO₂在PI高分子中出现了团聚,其CO₂渗透性能反而下降.IL@C-SiO₂-2/PI膜的渗透性能和对CO₂的渗透选择性都达到最佳,其对CO₂/N₂理想选择性可达到30.     

铜卟啉修饰In2TiO5纳米带的制备及其光催化性能

以5,10,15,20-四苯基铜卟啉（CuTPP）和5-（4-氨基苯基）-10,15,20-三苯基铜卟啉（CuAPTPP）为敏化剂,采用溶剂热法成功制备了铜卟啉敏化In₂TiO₅复合光催化剂.利用紫外、FT-IR、XRD、SEM、UV-vis DRS和N₂吸附脱附曲线对所得铜卟啉及复合光催化剂进行表征和分析.结果表明,铜卟啉负载于In₂TiO₅纳米带表面,复合光催化剂的禁带宽度及比表面积出现一定程度的减小,但未改变In₂TiO₅的晶型及形貌.其中,CuTPP敏化In₂TiO₅复合光催化剂的光催化活性最强,在模拟太阳光的照射下,120 min时罗丹明B（RhB）的降解率高达98.9%,而In₂TiO₅纳米带对RhB的降解率仅为33.5%,且循环使用5次后其光催化降解率仍保持在95%以上.     

CuxCe1-xO2/γ-Al2O3催化剂催化燃烧甲苯性能的研究

以γ-Al₂O₃ 为载体,以复合氧化物Cu_xCe_1-xO₂为活性组分,其中,x=0.1,0.2,0.4,0.6,0.8,通过浸渍法制备了一系列Cu_xCe_1-xO₂/γ-Al₂O₃催化剂.在固定床反应器中评价了催化剂对甲苯的催化活性,通过XRD、SEM对催化剂进行表征,并运用ICP-MS分析并计算Cu、Ce的摩尔比以及活性组分的负载量.结果表明,在Cu_xCe_1-xO₂/γ-Al₂O₃催化剂中Cu、Ce摩尔比的实际值与理论值相近,活性组分的负载量在19%以上,而且对甲苯都有较好的低温催化活性,其中当x=0.2时,即Cu_0.2Ce_0.8O₂/γ-Al₂O₃催化剂对甲苯的催化活性最高,其中T₁₀=160 ℃,T₉₀=265 ℃;当甲苯的进口浓度在700~3000 mg·m^-3时,进口浓度对Cu_0.2Ce_0.8O₂/γ-Al₂O₃催化剂的催化活性影响较小,且经过连续80 h的稳定性操作后转化率仍然保持在90%以上.