基本信息
- 项目名称：
- TiO2微/纳米纤维多孔膜光催化降解印染废水的 研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 纳米TiO2微/纳米纤维多孔膜光催化法降解印染废水较以往的处理方法有了很大的改进，其优点显而易见。本研究初步解决了光催化剂固定化与光催化效率之间的矛盾。易于回收过滤，给工程应用和工艺设备的优化创造了条件。为充分利用太阳光降解环境污染物，缓解当前日益严重的能源危机和环境恶化，提供了最有效的途径。
- 详细介绍：
- 为了解决TiO2光催化剂实用化过程中的关键问题之一—光催化剂固定化与光催化效率之间的矛盾，获得具有高光催化效率的、可方便地回收重复使用的TiO2光催化剂。本文用静电纺丝技术和溶胶-凝胶技术制备了Ti 前驱体/PVP微/纳米纤维膜， 经600˚C 煅烧后得到TiO2微/纳米纤维多孔膜。分别用扫描电镜和XRD分析了样品的形貌和晶态结构，用75S2紫外–可见分光光度计和XH一9004型COD快速测试仪对光催化前后的印染废水进行了吸光度和COD的测定。研究了该多孔膜，在太阳光照射下降解以活性染料为主，分散染料为辅的印染废水的光催化效率、影响因素及其回收使用情况。结果表明，所获得的TiO2微/纳米纤维膜是一种具有双重孔结构的多孔膜，其中的纤维光滑、连续而均匀，直径大约为33–315 nm，并且是一种多孔纤维。用此膜降解以活性染料为主，分散染料为辅的印染废水催化效率高，在2 h 内，就可以使其脱色率达到84.38 %，COD从2800±200降到460.53± 23.02。其光催化印染废水的脱色率随pH 值的上升而下降。用量有一个最佳值，过多过少都会降低它的光催化效率。当用量在400 mg/L ~ 800 mg/L时，脱色率随用量的增加迅速上升。而当用量超过800 mg/L时，脱色率随用量的增加变化很少。并且TiO2微/纳米纤维多孔膜的光催化效率略优于TiO2纳米颗粒，重复使用效果好。
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撰写目的和基本思路
- 目的：研究TiO2微/纳米纤维膜，在太阳光照射下降解印染废水的光催化效率、影响因素及其回收使用情况，找到TiO2微/纳米纤维膜光催化印染废水的最佳工艺。 基本思路：用溶胶-凝胶和静电纺丝技术，制成TiO2微/纳米纤维多孔膜。通过分别研究PH值、TiO2用量和太阳光照射时间的变化对TiO2微/纳米纤维多孔膜太阳光催化降解印染废水效率的影响，来找到最佳的TiO2微/纳米纤维膜太阳光催化条件。
科学性、先进性及独特之处
- （一）科学性： 1. 设计方法科学：采用了正交试验测试方法。 2. 测试方法科学：嘉兴欣悦印染有限公司污水处理中心检测COD值。75S2紫外–可见分光光度计测得吸光度，进而计算脱色率。 （二）先进性及独特之处： 1. 材料制备方法先进：通过溶胶凝胶技术、静电纺丝技术和煅烧法制得。2. 用TiO2微/纳米纤维多孔膜代替TiO2微/纳米颗粒。
应用价值和现实意义
- （一）实际应用价值： 当前企业处理印染废水工序多，耗能大，且产生大量的淤泥。我们的处理方法能达到相同的处理效果，但大大简化了工序并且低碳环保，无淤泥产生。 （二）现实意义： 能充分利用太阳能处理废水，低碳环保，无二次污染，无催化剂中毒的现象，可重复利用。
学术论文摘要
- 本文用静电纺丝技术和溶胶-凝胶技术制备了Ti 前驱体/PVP微/纳米纤维膜， 经600˚C 煅烧后得到TiO2微/纳米纤维多孔膜。分别用扫描电镜和XRD分析了样品的形貌和晶态结构，用75S2紫外–可见分光光度计和XH一9004型COD快速测试仪对光催化前后的印染废水进行了吸光度和COD的测定。研究了该多孔膜，在太阳光照射下降解以活性染料为主，分散染料为辅的印染废水的光催化效率、影响因素及其回收使用情况。结果表明，所获得的TiO2微/纳米纤维膜是一种具有双重孔结构的多孔膜，其中的纤维光滑、连续而均匀，直径大约为33–315 nm，并且是一种多孔纤维。用此膜降解以活性染料为主，分散染料为辅的印染废水催化效率高，在2 h 内，就可以使其脱色率达到84.38 %，COD从2800±200降到460.53± 23.02。其光催化印染废水的脱色率随pH 值的上升而下降。用量有一个最佳值，过多过少都会降低它的光催化效率。当用量在400 mg/L ~ 800 mg/L时，脱色率随用量的增加迅速上升。而当用量超过800 mg/L时，脱色率随用量的增加变化很少。
获奖情况
- 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. 论文2：纳米TiO2光催化废水处理技术的研究现状与展望, ISSN1008-6781, 第22卷第6期, 2010年11月, 嘉兴学院学报, P67-72.
鉴定结果
- TiO2微/纳米纤维多孔膜光催化印染废水技术，初步解决了光催化剂固定化和光催化效率之间的矛盾，且易于回收重复使用。为充分利用太阳光降解环境污染物，提供了有效的途径。
参考文献
- [1] 王 灵, 纪荣平．纳米TiO2 光催化反应器在污水处理中的研究进展，新疆环境保护，30(4) 2008, 29-32 [2] 赵红花．负载型 TiO2 光催化技术在水处理中的应用, 甘肃联合大学学报(自然科学版)，20(3) 2006, 61-63 [3] 王九思，蒲艳玲，李玉金．负载型 TiO2 光催化氧化降解甲基橙的实验研究, 甘肃科学学报，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. 二氧化钛光催化材料研究的新动向, 材料导报, 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，柯强. TiO2光催化氧化降解偶氮染料.温州大学学报•自然科学版，29(4) 2008, 19-24
同类课题研究水平概述
- 纳米TiO2光催化法降解法是目前最先进最有前途的处理印染废水的方法。TiO2作为光催化剂具有化学性质稳定、无毒价廉、催化效率高，制备简单等优点，它在紫外光的照射下，能产生羟基自由基，具有强氧化性能的羟基自由基最终使有机污染物氧化。利用这种方法处理印染废水，将使废水中的有机物快速彻底的分解成无害的CO2和H2O[1-2]。 纳米TiO2光催化法降解法投资少，能耗少，氧化反应条件温和，用紫外线或阳光下即可快速的发生催化氧化反应，使有机染料的脱色降解率达到90%以上。处理后的废水达到了国家规定的废水排放标准[3]。 现有的研究表明[4-6]：TiO2光催化活性随颗粒粒径减小而增加，粒径在5-50nm的TiO2表现出明显的表面效应和量子尺寸效应，具有很强的光催化活性，然而如此细微的粒子直接应用于废水处理，催化剂则难以分离回收，导致运行费用偏高，从而限制了TiO2作为光催化剂的实际应用。为了解决这一问题，目前，人们通过将TiO2固定在某种介质(如：硅胶、高分子膜、多孔铝陶瓷载体、玻璃等)上[7]。这些方法可以使TiO2回收时易于分离，但由于固定化技术还不成熟，致使催化剂表面积减小，影响其催化活性，光催化效率也同时降低。因而存在着光催化剂固定化与光催化效率之间的矛盾。二氧化钛纳米纤维被认为具有很好的发展前景，TiO2纳米纤维不仅具有相当高的光催化活性，而且可以纺织成纱、线、布、毡等形状。 用静电纺丝技术和溶胶-凝胶法制备二氧化钛微/纳米纤维多孔膜代替纳米二氧化钛颗粒来光催化降解印染废水，使二氧化钛光催化剂既具有较高的光催化效率，又便于回收和重复使用。最终能将有机污染物彻底分解成CO2，H2O和其他无机盐，没有二次污染。
