水处理纳米材料的制备、性能及应用研究

工业的高速发展使地球上有限的水资源受到日益严重的污染，去除水中的有毒、有害化学物质已成为环保领域的一项重要工作。纳米材料与技术的开发应用为实现高效、低成本的水处理开辟了新的途径。 本课题组开发的纳米-亚纳米功能新材料（生态宝）可用作养殖生态环境改良剂，它对“三氮”、硫化物、CODCr、BOD5、重金属等有害物质具有很好的去除能力。生态宝用于养殖幼参，有显著的促生长、增加成活率的作用。生态宝用于养殖对虾，对虾体内重金属含量有明显降低。 以粉末状P25型纳米TiO2为光催化剂，系统的研究了它对染料AB80的光催化降解。在紫外光照射下，光催化反应75min，染料AB80溶液完全脱色，光催化反应135min，染料溶液完全矿化；AB80的光催化脱色反应遵从准一级反应动力学；催化剂的最佳剂量为1.0g/L。AB80在TiO2颗粒表面的吸附符合Langmuir方程式，随着pH值的增加吸附量迅速减少；pH值在反应中起着重要的作用，碱性溶液中的反应速度比酸性溶液的大，pH=10.0初始反应速度最大；电子捕获剂（H2O2）的加入能够显著的提高反应速率，H2O2浓度为5mmol/L时，反应速度变为原来的2.78倍。 以硅藻土为载体，采用溶胶-凝胶法制备了负载型的纳米TiO2，SEM分析结果表明，TiO2的包覆量对负载光催化剂的形貌有很大影响，TiO2包覆量较低(14.5%)的复合物无团聚现象发生。XRD分析结果表明，所制备的TiO2为锐钛矿和金红石混晶型，平均粒径11nm。FT-IR分析结果表明，TiO2和硅藻土之间没有生成化学键。以染料AB80和B-2BF为模型污染物，利用制备的光催化剂复合物进行了吸附-光催化试验，结果表明，TiO2包覆量为14.5%的复合物具有较高的吸附-光催化活性，对模型污染物的降解效果好于德国Degussa公司的商品纳米P25-TiO2。溶液pH对TiO2/硅藻土复合物光催化活性影响很大，弱酸性条件有利于反应的进行。TiO2/硅藻土对实际印染废水有较好的降解效果，试验条件下，废水光催化反应3.5h，色度去除率为100%。研究了液固多相光催化反应的催化剂失活原因及再生手段，提出TiO2/硅藻土复合物再生的方法为酸洗和高温烧结。对于模拟印染废水来说，光催化剂重复使用对光催化活性几乎没有影响，重复使用15次后，催化活性仅降低了12%。而对实际印染废水来说，重复使用对光催化活性有影响，光催化剂复合物重复使用7次后，催化活性降低了41%。TiO2/硅藻土复合光催化剂成本低，简便易行，光催化效果好，有望在环境污染物治理中得到广泛的应用。 采用CuCl水解法制得了硅藻土负载的纳米Cu2O，并利用XRD、SEM等手段对其进行表征。研究了负载的纳米Cu2O对B-2BF和AB80染料废水的光催化降解，发现纳米Cu2O经过负载后，团聚减少，分散性好，对染料废水的光催化降解效率成倍增长。纳米Cu2O包覆量为31.3%的光催化剂复合物光催化活性最好，其光催化效率是纯的Cu2O的6倍。负载的纳米Cu2O可以有效的利用太阳光进行光催化反应，而且太阳光下纳米Cu2O的光催化活性比纳米TiO2的强。太阳能是取之不尽、用之不竭的清洁能源，利用太阳能来处理染料废水成本低、无污染，是一种非常有发展前景的环境治理新技术。pH 5-pH 7是负载纳米Cu2O光催化降解B-2BF的最佳反应范围。负载的纳米Cu2O光催化剂有较好的稳定性，重复使用8次以后，其脱色率仍能达到75%以上。