改性二氧化鈦催化降解有機(jī)氟廢水

1、改性二氧化鈦催化降解有機(jī)氟廢水的研究學(xué) 院：理學(xué)院 專業(yè)：應(yīng)用化學(xué) 姓名：閆曉藝 指導(dǎo)教師： 孟昭福 教授 主要內(nèi)容： 1. 選題依據(jù) 2. 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3. 研究預(yù)期目標(biāo) 4. 研究方法和技術(shù)路線 6. 實(shí)驗(yàn)進(jìn)度和經(jīng)費(fèi)預(yù)算 5. 創(chuàng)新點(diǎn)及實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可能遇到的問(wèn)題一、選題背景及依據(jù)有機(jī)氟染料有機(jī)氟藥物有機(jī)氟涂料有機(jī)氟材料一、選題依據(jù)1、有機(jī)氟的污染途徑 氟代有機(jī)物的生產(chǎn) 合成過(guò)程的三廢排放 氟代產(chǎn)品的再生產(chǎn)和直接使用過(guò)程2、有機(jī)氟的危害 有機(jī)氟的高脂溶性和持久的抗降解性使其很容易通過(guò)生物濃縮作用人體在脂肪組織中積累，對(duì)人體健康極為有害, 主要表現(xiàn)為：抑制酶活性、影響能量傳遞、破壞細(xì)胞膜等,

2、 從而誘發(fā)癌癥、肝腫大等疾病。 氟原子的范德華半徑小 , 電負(fù)性強(qiáng), 這使得碳氟鍵能很大(485 KJ/mol)，這使得氟代有機(jī)物具有很好的穩(wěn)定性。 TiO2光催化法降解廢水作為一種極具前景的廢水凈化技術(shù)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：光催化劑自身無(wú)毒、無(wú)害、無(wú)腐蝕性可反復(fù)使用可將有機(jī)污染物完全礦化成H2O和無(wú)機(jī)離子，無(wú)二次污染二、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1、有機(jī)氟的降解混合菌培養(yǎng)降解缺點(diǎn)：會(huì)產(chǎn)生有毒中間產(chǎn)物，會(huì)抑制微生物生長(zhǎng)和酶的 活性，從而使微生物降解作用受到限制厭氧好氧相結(jié)合的一種兩級(jí)生物處理工藝缺點(diǎn)：難于控制厭氧還原脫鹵的程度使其產(chǎn)物能在后續(xù)的反應(yīng)中被有效的好氧礦化2、 TiO2光催化應(yīng)用范圍 最為廣泛的應(yīng)用是

3、廢水中有機(jī)物的降解，主要有以下幾個(gè)方面： 染料 農(nóng)藥廢水 表面活性劑 氯代物和芳香類化合物3、TiO2結(jié)構(gòu)和組成改性 減小晶粒尺寸 TiO2粒徑尺寸到納米數(shù)量級(jí)時(shí)，半導(dǎo)體光催化效率會(huì)顯著提高 過(guò)渡金屬離子摻雜 可使TiO2的吸收波長(zhǎng)向可見(jiàn)光去移動(dòng) 非金屬離子摻雜 Br和Cl與TiO2摻雜可顯著提高TiO2光催化活性能，但對(duì)于I元素?fù)诫s尚少報(bào)道。 4、納米二氧化鈦的制備固相法 液相法 水熱法 三、研究預(yù)期目標(biāo)用水熱法在不同溫度條件制備系列不同碘摻雜量的 ITiO2光催化劑。在紫外光照下，以1,1,2-三氟三氯乙烷為標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)物，考察ITiO2的液相光催化性能，并確定多種因素影響下的最佳處理實(shí)驗(yàn)條件

4、。利用最佳條件對(duì)有機(jī)氟廢水進(jìn)行處理。四、研究方法和技術(shù)路線1、碘摻雜二氧化鈦的制備 將一定量的碘酸鉀加入到 75ml 去離子水中，待溶解完全后往其中加入所需比例的硫酸鈦,硫酸鈦與碘酸鉀的摩爾比分別為 11，21，31，超聲混合均勻得到白色漿狀液體，用磁力攪拌器攪拌 8 個(gè)小時(shí)后放入高壓水熱反應(yīng)釜中水熱 24 小時(shí)。 上步產(chǎn)物放入 60 烘箱中烘干過(guò)夜。烘干后的產(chǎn)物于空氣氣氛不同溫度（200、300）下熱處理 3h，升溫速率為 3/min。制得 I/ TiO2光催化劑，分別記為 IT200，IT300。2、碘摻雜二氧化鈦的制備流程圖3、碘摻雜二氧化鈦的光催化性能研究 研究以批處理法進(jìn)行，以自然光

5、為對(duì)照?？刂茥l件為單因素，設(shè)定因素如下：3個(gè)梯度的催化劑投加量（0.5g/L、1g/L、2g/L），實(shí)驗(yàn)設(shè)5個(gè)溫度（20、30、40、50、60），6個(gè)pH（pH=1、2、3、4、5、6），5個(gè)照射時(shí)間（0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h），5個(gè)光照強(qiáng)度（12cm、17cm、22cm、27cm、32cm），有機(jī)氟濃度（有機(jī)氟體積：水體積=1:60、1:80、1:100），2個(gè)攪拌速度（攪拌、不攪拌），每個(gè)處理設(shè)2個(gè)重復(fù)，進(jìn)行有機(jī)氟廢水降解實(shí)驗(yàn)。步驟如下：首先以pH為變量，控制其他因素分別為：催化劑投加量1g/L，溫度40，照射時(shí)間2h，光照強(qiáng)度22cm，有機(jī)氟濃度1:80，攪拌的條件下，

6、根據(jù)F-113降解效率，選出最佳pH。在最佳pH的條件下，以反應(yīng)溫度為變量，其他因素不變，根據(jù)F-113降解效率，選出反應(yīng)溫度，其他因素最佳值的選擇按此法依次類推。將得到的各因素最佳反應(yīng)條件左右各增加一個(gè)水平，根據(jù)L18（37）正交表安排實(shí)驗(yàn)，得到碘摻雜二氧化鈦的最佳反應(yīng)條件。利用最佳條件對(duì)有機(jī)氟廢水進(jìn)行處理。4、實(shí)驗(yàn)裝置圖 用制備好的系列 ITiO2光催化劑，與有機(jī)氟廢水按一定比例混合，置于300W高壓汞燈下照射，用磁力攪拌器攪拌溶液，進(jìn)行降解反應(yīng)。5、總流程圖五、創(chuàng)新點(diǎn)及實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可能遇到的問(wèn)題 1、創(chuàng)新點(diǎn) 目前國(guó)內(nèi)外對(duì)光催化劑二氧化鈦改性方法有很多，報(bào)道顯示鹵素離子摻雜可顯著提高二氧化鈦

7、的光催化活性，但對(duì)于碘元素的摻雜尚少有報(bào)道，同時(shí)有機(jī)物的降解研究和光催化研究雖取得一定成果，但在光催化降解有機(jī)氟物研究報(bào)道很少。本實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)在于研究在不同碘摻雜量和烘焙溫度下二氧化鈦對(duì)有機(jī)氟的降解效率，并以此來(lái)表征碘摻雜二氧化鈦的光催化性能，并為當(dāng)前含氟有機(jī)物難降解提供參考。2、實(shí)驗(yàn)中可能遇到的問(wèn)題試驗(yàn)工作量很大，需要大量的時(shí)間投入。二氧化鈦易沉淀，使得每次取樣測(cè)量時(shí)二氧化鈦與水比例變化，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果有誤差。在控制溫度為變量時(shí)，反應(yīng)中水分蒸發(fā)快，使得二氧化鈦投加量變化，給實(shí)驗(yàn)帶來(lái)誤差。工業(yè)廢水中雜質(zhì)離子太多，試驗(yàn)中不確定因素太多，一些未知離子因素可能對(duì)實(shí)驗(yàn)造成影響。光催化活性與有機(jī)物結(jié)構(gòu)有關(guān)，廢水有機(jī)氟種類多，有可能最終確定的最佳條件對(duì)廢水處理結(jié)果不穩(wěn)定。六、實(shí)驗(yàn)進(jìn)度安排和經(jīng)費(fèi)預(yù)算1、實(shí)驗(yàn)進(jìn)度安排2011.082011.11 查閱文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案、準(zhǔn)備試驗(yàn)材料，預(yù)作2011.112011.12 開(kāi)題論證，確定試驗(yàn)方案。2012.012012.04 完成二氧化鈦的碘摻雜改性2012.042012.08 完成紫外光催化對(duì)1,1,2-三氟三氯乙烷降解的研究2012.082013.02 完成有機(jī)氟廢水降解的研究