非金属掺杂TiO2纳米管的制备及其在有机废水处理中的应用1
非金属掺杂TiO2纳米管的制备及其在有机废水处理中的应用1[20200411170054]
摘要
通过阳极氧化法探讨制备非金属掺杂TiO2纳米管的最佳条件。
对制备的纳管材料进行电镜（SEM)分析，探讨形貌，管径，管长与形成条件之间的关系。
在对藏红T光催化降解实验性能测试中，得出最佳制备条件是在20V的电压下，HP3O4、HF水溶液中阳极氧化6小时，500℃下煅烧2h得到非金属P-F掺杂的TiO2纳米管。
用紫外可见分光光度法对制备的TiO2纳米复合材料光催化剂的催化性能进行了研究，探讨了降解时间、溶液pH、降解电压、降解次数以及非金属掺杂改性对藏红T溶液降解效果的影响。实验结果表明：当藏红T溶液偏酸性，工作电压为25V，紫外灯照射反应5h时，藏红T降解率达到90%以上。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:阳极氧化非金属掺杂TiO2纳米管催化降解
目录
1引言 1
1.1废水体中有机污染物的现状 1
1.2 印染废水现今的主要处理方法 2
1.2.1 物化法 2
1.2.2 生化法 3
1.3光催化氧化 3
1.3.1 基本概念及发展概况 4
1.3.2 光电催化氧化原理 4
1.4光催化剂TiO2纳米管以及非金属掺杂的改性 5
1.4.1多孔阳极氧化钛纳米管的研究背景及其研究意义 5
1.4.2 阳极氧化法制备TiO2纳米管的主要方法 6
1.4.3非金属掺杂阳极氧化法制备TiO2纳米管 6
1.5 TiO2纳米管光催化降解污染物的应用前景 7
2实验部分 8
2.1仪器与试剂 8
2.2 实验步骤： 9
2.2.1 实验准备 9
2.2.2 非金属掺杂TiO2纳米管的制备 9
2.2.3 非金属掺杂TiO2纳米管的电镜（SEM）扫描 9
2.2.4非金属掺杂二氧化钛纳米管光催化降解效率的测定 10
3 实验结果与讨论 10
3.1非金属掺杂TiO2纳米管的电镜（SEM）分析 10
3.2非金属掺杂纳米管的制备条件 12
3.2.1未掺杂非金属与掺杂非金属TiO2纳米管对光催化降解的影响 12
3.2.2不同时间对制备非金属二氧化钛纳米管的影响 13
3.2.3不同电压对制备非金属二氧化钛纳米管的影响 14
3.3 非金属掺杂TiO2纳米管的光催化性能研究 15
3.3.1降解时间对光催化降解率的影响 16
3.3.2降解pH对光催化降解率的影响 17
3.3.3降解电压对光催化降解率的影响 18
3.3.4降解次数对光催化降解率的影响 19
3.5实际应用 20
结论 22
参考文献 24
致谢 25
1引言
1.1废水体中有机污染物的现状
随着经济的发展物质的需要，我国纺织业迅猛发展，在国际市场上占到了极大的优势，纺织类产品的需求呈现出了一种较快增长的趋势。但是由于各种因素的影响，我国纺织业仍然处在一种落后的情况。在当今情况下，印染所产生的废水对我们来说仍然是一个严峻的问题。在对于印染废水的处理工艺上，我们在不断的改进和创新。在治理印染废水这一方面，从我国基本的国情基本的技术上来看，虽然我们已经经过了很多年的努力，也解决了不少的污染问题，但是从总体上来说并没有较大的突破，主要的制约因素有产品的结构、工厂的工艺布局不合理等。
印染废水的主要特点包括：色度为1000-10000倍，BOD（生物需氧量)为130-200 mg/L，印染废水的pH值为8-10，COD（化学需氧量）为800-1800 mg/L，SS（悬浮物)为100-200 mg/L，浊度为133.4-170.5 mg/L[1]。所以不管是从成分还是从物质上来说，印染废水都是一种较为复杂以及普遍的废水。它的特点是各种污染物物质之间的差异性较大，难以仅仅使用一种手段解决这种问题。特点之二主要的指标COD、BOD都相当高，BOD与COD的它们之间的比值一般在0.25，较难进行生化处理。特点之三是印染废水中的色度非常高，各种各样的显色离子导致难以使用同种物质进行脱色[2]。
主要危害在于传统的纺织业，印染产业在加工时将会产生大量的有毒废水，所以在织物上依旧存在着一些加工所需的染料以及加工助剂，这些有毒物质对人体健康产生直接的影响。比如在染料中有害重金属；很难生物降解聚乙烯醇等浆料；偶氮染料、甲醛、荧光增白剂和柔软剂具有致敏性；其中芳香胺染料还将有可能导致癌性的发生；含氯漂白剂污染很严重；含含甲醛的处理剂和印染助剂对人体具有很强的毒害作用等[3][4]。这些污染的染料废水如果不经过处理，不经过后期的降解，将会污染水体，破坏土壤以及生态系统的自然平衡。废水中的染料还将降低水体的吸光度，这将对水中的微生物以及水生物造成不利的影响，不利于水体自净，长久以往将会对环境造成巨大的破坏。
1.2 印染废水现今的主要处理方法
现如今对印染废水处理方法分为两大类：物化法和生化法。
1.2.1 物化法
1、吸附法：吸附法主要使用带有多孔性的固体物质吸附剂，多孔物质的颗粒在降解时与废水混合，这使废水中的污染物质被吸附在多孔物质的表面上或被过滤除去的方法[5]。吸附处理的吸附剂有很多种类，现如今的吸附剂一般采用的是活性炭。这种方法的优点是可以处理可溶性的溶剂，不依靠设备的投资，COD、BOD的实际去除效果较好。但是活性炭吸附使用后资源循环使用比较困难，所以此方法使用成本将会很高，而且难以再生利用。此方法主要应用于二级和三级处理中[6]。
2、混凝沉淀法：印染废水中分子量很大的憎水基染料分子主要包括分散染料、硫化染料、还原染料等，在水中以胶体或悬浮物存在，用脱稳絮凝可以除去[7]。去除印染废水中的一种方法絮凝法是使用一定的化学物质添加进印染废水中，通过物理作用或者化学作用使得这些不能沉降的微粒形成较大的颗粒沉降而达到净水的作用，以便达到有限分离的方法[4]。如果使用的絮凝剂超过一种，那就被称作混凝[4]。
这种物化的方法优点在于采用的是无机、有机化学絮凝剂，主要可以试用于不可溶性的染料废水中，同时其原材料的来源也极为广泛。絮凝剂的制备方法较为简单，同时投资费用少，实用性强，COD、BOD去除率也相对较高。但是缺点在于絮凝剂有可能产生二次污染，而且这种物化的方法对于去除显色离子也没有较好的效果。
3、 膜分离法：膜分离技术作为一种新兴的新型技术，是使用膜的选择渗透的特点，对印染有机废水中的污染物质首先进行高效的分离、浓缩，然后进行回收。膜分离法的使用方法主要有四种：反渗透法、超滤法、微滤法、纳滤法[5]。如果我们能够选择合适的滤膜方法，那么印染废水中难以去除的显色离子的去除率将达到100%，COD的去除率可达95%以上。这种净水的方法工艺拥有效率高，条件简单，污染少等特点，但是易发生堵塞，对于预处理和定期的化学清理有着较高的要求，同时投资的费用较高。
4、 电解法：电化学法是废水处理中的电解质在直流电的作用下发生电化学反应的过程。废水中的污染物在阳极被氧化，在阴极被还原，或是和电极的反应产物作用，转化为无害的成分被分离除去[8]。
5、气浮法：在处理废水时向水中曝气增加水中的氧气的含量，加入气浮剂，使固液分离。优缺点：优点是处理印染废水效率极高，一般只需10-20分钟就可以完成固液分离，而且占地面积很小，反应以后产生的污泥也很干燥。缺点是耗费电很大，设备的维修和管理的工作量很大，还有就是减压阀或射流器极易被堵塞[9]。
1.2.2 生化法
1 活性污泥法：活性污泥法是将原来的废水或经过预处理的废水放在反应器中，此时在反应器中已经存在了一定量的满足印染废水处理要求的活性污泥。然后通过一段时间反应使其中的污染物沉淀下来，然后放置，最后将上层清水引出到固定的容器中[10]。活性污泥法是处理印染废水的一种运行方式灵活多变、投 资少，构建物少，一般只需要设置反应池。但是由于调节不方便，同时效果不够好，拥有弊端，所以至今已较少使用。
摘要
通过阳极氧化法探讨制备非金属掺杂TiO2纳米管的最佳条件。
对制备的纳管材料进行电镜（SEM)分析，探讨形貌，管径，管长与形成条件之间的关系。
在对藏红T光催化降解实验性能测试中，得出最佳制备条件是在20V的电压下，HP3O4、HF水溶液中阳极氧化6小时，500℃下煅烧2h得到非金属P-F掺杂的TiO2纳米管。
用紫外可见分光光度法对制备的TiO2纳米复合材料光催化剂的催化性能进行了研究，探讨了降解时间、溶液pH、降解电压、降解次数以及非金属掺杂改性对藏红T溶液降解效果的影响。实验结果表明：当藏红T溶液偏酸性，工作电压为25V，紫外灯照射反应5h时，藏红T降解率达到90%以上。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:阳极氧化非金属掺杂TiO2纳米管催化降解
目录
1引言 1
1.1废水体中有机污染物的现状 1
1.2 印染废水现今的主要处理方法 2
1.2.1 物化法 2
1.2.2 生化法 3
1.3光催化氧化 3
1.3.1 基本概念及发展概况 4
1.3.2 光电催化氧化原理 4
1.4光催化剂TiO2纳米管以及非金属掺杂的改性 5
1.4.1多孔阳极氧化钛纳米管的研究背景及其研究意义 5
1.4.2 阳极氧化法制备TiO2纳米管的主要方法 6
1.4.3非金属掺杂阳极氧化法制备TiO2纳米管 6
1.5 TiO2纳米管光催化降解污染物的应用前景 7
2实验部分 8
2.1仪器与试剂 8
2.2 实验步骤： 9
2.2.1 实验准备 9
2.2.2 非金属掺杂TiO2纳米管的制备 9
2.2.3 非金属掺杂TiO2纳米管的电镜（SEM）扫描 9
2.2.4非金属掺杂二氧化钛纳米管光催化降解效率的测定 10
3 实验结果与讨论 10
3.1非金属掺杂TiO2纳米管的电镜（SEM）分析 10
3.2非金属掺杂纳米管的制备条件 12
3.2.1未掺杂非金属与掺杂非金属TiO2纳米管对光催化降解的影响 12
3.2.2不同时间对制备非金属二氧化钛纳米管的影响 13
3.2.3不同电压对制备非金属二氧化钛纳米管的影响 14
3.3 非金属掺杂TiO2纳米管的光催化性能研究 15
3.3.1降解时间对光催化降解率的影响 16
3.3.2降解pH对光催化降解率的影响 17
3.3.3降解电压对光催化降解率的影响 18
3.3.4降解次数对光催化降解率的影响 19
3.5实际应用 20
结论 22
参考文献 24
致谢 25
1引言
1.1废水体中有机污染物的现状
随着经济的发展物质的需要，我国纺织业迅猛发展，在国际市场上占到了极大的优势，纺织类产品的需求呈现出了一种较快增长的趋势。但是由于各种因素的影响，我国纺织业仍然处在一种落后的情况。在当今情况下，印染所产生的废水对我们来说仍然是一个严峻的问题。在对于印染废水的处理工艺上，我们在不断的改进和创新。在治理印染废水这一方面，从我国基本的国情基本的技术上来看，虽然我们已经经过了很多年的努力，也解决了不少的污染问题，但是从总体上来说并没有较大的突破，主要的制约因素有产品的结构、工厂的工艺布局不合理等。
印染废水的主要特点包括：色度为1000-10000倍，BOD（生物需氧量)为130-200 mg/L，印染废水的pH值为8-10，COD（化学需氧量）为800-1800 mg/L，SS（悬浮物)为100-200 mg/L，浊度为133.4-170.5 mg/L[1]。所以不管是从成分还是从物质上来说，印染废水都是一种较为复杂以及普遍的废水。它的特点是各种污染物物质之间的差异性较大，难以仅仅使用一种手段解决这种问题。特点之二主要的指标COD、BOD都相当高，BOD与COD的它们之间的比值一般在0.25，较难进行生化处理。特点之三是印染废水中的色度非常高，各种各样的显色离子导致难以使用同种物质进行脱色[2]。
主要危害在于传统的纺织业，印染产业在加工时将会产生大量的有毒废水，所以在织物上依旧存在着一些加工所需的染料以及加工助剂，这些有毒物质对人体健康产生直接的影响。比如在染料中有害重金属；很难生物降解聚乙烯醇等浆料；偶氮染料、甲醛、荧光增白剂和柔软剂具有致敏性；其中芳香胺染料还将有可能导致癌性的发生；含氯漂白剂污染很严重；含含甲醛的处理剂和印染助剂对人体具有很强的毒害作用等[3][4]。这些污染的染料废水如果不经过处理，不经过后期的降解，将会污染水体，破坏土壤以及生态系统的自然平衡。废水中的染料还将降低水体的吸光度，这将对水中的微生物以及水生物造成不利的影响，不利于水体自净，长久以往将会对环境造成巨大的破坏。
1.2 印染废水现今的主要处理方法
现如今对印染废水处理方法分为两大类：物化法和生化法。
1.2.1 物化法
1、吸附法：吸附法主要使用带有多孔性的固体物质吸附剂，多孔物质的颗粒在降解时与废水混合，这使废水中的污染物质被吸附在多孔物质的表面上或被过滤除去的方法[5]。吸附处理的吸附剂有很多种类，现如今的吸附剂一般采用的是活性炭。这种方法的优点是可以处理可溶性的溶剂，不依靠设备的投资，COD、BOD的实际去除效果较好。但是活性炭吸附使用后资源循环使用比较困难，所以此方法使用成本将会很高，而且难以再生利用。此方法主要应用于二级和三级处理中[6]。
2、混凝沉淀法：印染废水中分子量很大的憎水基染料分子主要包括分散染料、硫化染料、还原染料等，在水中以胶体或悬浮物存在，用脱稳絮凝可以除去[7]。去除印染废水中的一种方法絮凝法是使用一定的化学物质添加进印染废水中，通过物理作用或者化学作用使得这些不能沉降的微粒形成较大的颗粒沉降而达到净水的作用，以便达到有限分离的方法[4]。如果使用的絮凝剂超过一种，那就被称作混凝[4]。
这种物化的方法优点在于采用的是无机、有机化学絮凝剂，主要可以试用于不可溶性的染料废水中，同时其原材料的来源也极为广泛。絮凝剂的制备方法较为简单，同时投资费用少，实用性强，COD、BOD去除率也相对较高。但是缺点在于絮凝剂有可能产生二次污染，而且这种物化的方法对于去除显色离子也没有较好的效果。
3、 膜分离法：膜分离技术作为一种新兴的新型技术，是使用膜的选择渗透的特点，对印染有机废水中的污染物质首先进行高效的分离、浓缩，然后进行回收。膜分离法的使用方法主要有四种：反渗透法、超滤法、微滤法、纳滤法[5]。如果我们能够选择合适的滤膜方法，那么印染废水中难以去除的显色离子的去除率将达到100%，COD的去除率可达95%以上。这种净水的方法工艺拥有效率高，条件简单，污染少等特点，但是易发生堵塞，对于预处理和定期的化学清理有着较高的要求，同时投资的费用较高。
4、 电解法：电化学法是废水处理中的电解质在直流电的作用下发生电化学反应的过程。废水中的污染物在阳极被氧化，在阴极被还原，或是和电极的反应产物作用，转化为无害的成分被分离除去[8]。
5、气浮法：在处理废水时向水中曝气增加水中的氧气的含量，加入气浮剂，使固液分离。优缺点：优点是处理印染废水效率极高，一般只需10-20分钟就可以完成固液分离，而且占地面积很小，反应以后产生的污泥也很干燥。缺点是耗费电很大，设备的维修和管理的工作量很大，还有就是减压阀或射流器极易被堵塞[9]。
1.2.2 生化法
1 活性污泥法：活性污泥法是将原来的废水或经过预处理的废水放在反应器中，此时在反应器中已经存在了一定量的满足印染废水处理要求的活性污泥。然后通过一段时间反应使其中的污染物沉淀下来，然后放置，最后将上层清水引出到固定的容器中[10]。活性污泥法是处理印染废水的一种运行方式灵活多变、投 资少，构建物少，一般只需要设置反应池。但是由于调节不方便，同时效果不够好，拥有弊端，所以至今已较少使用。
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