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[硕士论文] 宋永兵
建筑与土木工程 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:光催化技术因其环保清洁、安全无毒、反应条件温和、能矿化绝大数有机物、无二次污染等特点,与常规处理工艺相比具有明显的优势。光催化技术与其他技术联用,对有机污染物的降解起到协同或促进作用,可以改善反应器降解污染物的效果,如臭氧氧化等。相比较常规的光催化和臭氧氧化工艺结合,需要臭氧发生器来制备臭氧,这样组合的设备成本高,能耗也增加,在经济方面考虑,不利于产业化推广应用。本论文在研制的光催化真空紫外光氧化反应器的基础上,将185nm真空紫外光辐射空气中氧气产生的臭氧进行回收利用,开发出光催化真空紫外臭氧氧化为一体的反应器,实现真空紫外光氧化、臭氧氧化与光催化氧化的有机集成,可协同降解污染物,极大地提高了污染物降解及矿化效率。本文主要研究结论如下:
  (1)首先研制出光催化真空紫外光氧化反应器。确定反应器光源选用辐射主波长为185nm真空紫外灯,灯管长度为500mm,外径为15mm,功率为70W。反应管采用石英螺旋管,长度为430mm,石英管内径为8mm,螺距为12mm,螺旋管内径为20mm。光催化剂采用V-N-TiO2/玻璃珠复合材料,直径尺寸为5~6mm,将其填充于螺旋管内。
  (2)研究不同光源、初始浓度、不同循环流量、pH值及HCO3-对真空紫外光氧化降解苯酚的影响。得出苯酚降解过程符合一级反应动力学规律,VUV对苯酚的降解速率最快,降解速率常数为0.0225 min-1;初始浓度越高,降解效果越差,对应反应速率常数越低;最佳循环流量为0.2L/min;最佳反应pH值为6;HCO3-能够捕获羟基自由基,使苯酚降解速率明显降低。
  (3)利用光催化真空紫外光氧化反应器研究真空光氧化、循环流量、苯酚初始浓度、曝气方式及pH值对光催化真空紫外光氧化矿化苯酚的影响。真空光氧化对苯酚矿化有一定的效果,但结合光催化更有利于苯酚的矿化;纯O2曝气下苯酚矿化效果最好;循环流量为0.5L/min,pH值为6时,苯酚矿化效果最好;自来水中金属离子、无机阴离子对光催化真空紫外光氧化苯酚的总体影响是负效应大于正效应,不利于对苯酚的矿化。
  (4)开发出结构紧奏、工艺简单的光催化真空紫外及臭氧氧化为一体的反应器。其对苯酚的矿化速率常数是单独VUV、UV/V-N-TiO2的3.01和2.10倍,是组合VUV/V-N-TiO2、 VUV/O3和UV/V-N-TiO2/O3的1.48、2.08和2.60倍。极大地提高了对苯酚的矿化性能好,三者形成协同促进作用。
  (5)用该反应器对苯酚的氧化过程进行深入研究,得出苯酚降解速率常数为0.02236min-1,苯酚矿化速率常数为0.01091 min-1,前者是后者的2.05倍。得出苯酚降解为中间体比完全氧化为CO2和H2O反应速度较快、较易。在实际苯酚氧化处理时,应以矿化性能为指标更准确和实用。
  (6)对光催化真空紫外及臭氧氧化为一体的反应器进行正交实验,考察初始浓度、pH值、循环流量及空气投加量对苯酚矿化性能的影响,其中苯酚初始浓度对其矿化性能影响最大,浓度越低,矿化效果越好。得出最优组合为,当苯酚初始浓度为10mg/L,循环流量为0.5L/min,pH值为4,空气投加量为0.2L/min时,反应4h矿化率达到92.6%。
  (7)对光催化真空紫外及臭氧氧化为一体的反应器进行经济分析,处理模拟苯酚废水量0.5L/h规模,其设备制作成本为2856.00元,水处理成本为0.164元/L。
摘要:自行研制了集光催化真空紫外及臭氧氧化为一体的反应器,并采用正交实验考察其对苯酚的降解性能.结果表明,其对苯酚的矿化速率常数分别是单独真空紫外光氧化(VUV)、光催化(UV/V-N-TiO2)的3.01和2.10倍,分别是组合真空紫外光催化(VUV/V-N-TiO2)、真空紫外臭氧氧化(VUV/O3)和光催化臭氧氧化(UV/V-N-TiO2/O3)的1.48、2.08和2.60倍,三者形成协同促进作用矿化苯酚效果好.苯酚初始质量浓度对其矿化性能影响最大,越低矿化效果越好.在初始苯酚质量浓度10 mg/L、循环体积流量0.5 L/min、pH为4、空气体积流量0.2 L/min的优化条件下,反应4h矿化率达92.6%.一体反应器结构紧奏、工艺简单....
摘要:随着水源水微污染和水体富营养化问题日益严重,采用光催化氧化技术处理污染水体受到研究者的广泛关注,特别是研制高效的光催化深度水处理设备.文章介绍了国际研究领域光催化反应器的发展,对国内悬浮式和负载型光催化水处理设备的相关专利进行综述,最后对悬浮式、固定相及流动相光催化水处理设备存在的问题及解决的有效途径进行了分析和展望....
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