家用水处理终端光催化反应器的设计及性能初步研究
随着国内经济的快速发展以及人民生活水平的日益提高,越来越多的家庭开始关注日常饮用水的水质安全。传统的饮用水净化技术已不能满足日益增长的需求,由此应运而生了许多新型的水质处理技术。其中以TiO2为代表的光催化氧化技术以其技术新颖、降解充分、无二次污染等优点受到关注。因此,在家用水处理终端引入光催化反应器强化水质提高的方法成为了近年来研究的热点。 本论文研究了以TiO2为主导的光催化氧化技术,利用溶胶凝胶法制备了TiO2粉体催化剂和负载在椰壳活性炭上的TiO2固化催化剂。通过测定各种固载后TiO2催化剂对亚甲基蓝的催化降解能力,筛选出了最佳的TiO2固载条件。分别采用静态及动态降解试验,考察了TiO2光催化反应器模型对邻苯二甲酸酯类物质及自来水原水的吸附降解能力,并以此为基础设计制造出了相应的光催化反应装置用于饮用水的深度净化。本文的主要研究工作如下: (1)TiO2催化剂载体的选择。通过碘吸附法及亚甲基蓝吸附法分别比较了枣壳型果壳炭、煤质颗粒炭、椰壳炭三种不同类型活性炭的吸附性,推知了其微观结构,并据此确定最适载体为椰壳活性炭。 (2)TiO2催化剂固载条件筛选及光催化降解性能验证。采用浸渍覆膜法将TiO2溶胶负载到椰壳碳上,分别从浸渍覆膜方式及时长、固载煅烧温度、TiO2溶胶与椰壳碳配比比例及负载次数4个方面优选了最佳的试验条件。确认了TiO2催化剂的最佳固载方式为超声浸渍覆膜15min,500℃煅烧,椰壳碳与 TiO2溶胶1:1.5配比及浸渍固载1次。通过静态降解实验验证了经最优固载条件负载后的TiO2催化剂对邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯等有机污染物的吸附降解能力,结果达到预期效果。 (3)TiO2光催化反应装置的建立及验证。依据前期试验数据设计并制作了TiO2光催化反应装置模型,连续动态运行实时考察了模型针对不同有机污染物的实际降解性能。结果表明:a)负载有TiO2的活性炭比空载活性炭的使用寿命延长了6.5倍以上。b)不同有机污染物(如邻苯二甲酸二甲脂等)浓度在较大范围内波动时,经TiO2光催化反应装置模型处理后的出水水质仍能达到预期设计性能;表明装置实际降解能力有较大的富裕。c)使用TiO2光催化反应装置模型对武汉市日常饮用水进行处理,处理前后饮用水的HPLC、GCMS数据监测表明,该模型对饮用水中常见的有机污染物均有不同程度的催化降解;由此证明该装置作为饮用水的处理终端具有实际的应用价值。 (4)据此设计并确认了家用水处理终端光催化反应器的结构及其控制电路等装置,探讨了实际应用的方式。
饮用水处理;水质安全;家用水处理终端;光催化反应器;设计模式;净化性能
华中科技大学
硕士
物理化学
唐和清
2012
中文
TM925.9
72
2012-12-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）