改性二氧化钛催化降解有机氟废水

1、改性二氧化钛催化降解有机氟废水的研究学 院：理学院 专业：应用化学 姓名：闫晓艺 指导教师： 孟昭福 教授 主要内容： 1. 选题依据 2. 国内外研究现状 3. 研究预期目标 4. 研究方法和技术路线 6. 实验进度和经费预算 5. 创新点及实验过程中可能遇到的问题一、选题背景及依据有机氟染料有机氟药物有机氟涂料有机氟材料一、选题依据1、有机氟的污染途径 氟代有机物的生产 合成过程的三废排放 氟代产品的再生产和直接使用过程2、有机氟的危害 有机氟的高脂溶性和持久的抗降解性使其很容易通过生物浓缩作用人体在脂肪组织中积累，对人体健康极为有害, 主要表现为：抑制酶活性、影响能量传递、破坏细胞膜等,

2、 从而诱发癌症、肝肿大等疾病。 氟原子的范德华半径小 , 电负性强, 这使得碳氟键能很大(485 KJ/mol)，这使得氟代有机物具有很好的稳定性。 TiO2光催化法降解废水作为一种极具前景的废水净化技术，具有以下优点：光催化剂自身无毒、无害、无腐蚀性可反复使用可将有机污染物完全矿化成H2O和无机离子，无二次污染二、国内外研究现状1、有机氟的降解混合菌培养降解缺点：会产生有毒中间产物，会抑制微生物生长和酶的 活性，从而使微生物降解作用受到限制厌氧好氧相结合的一种两级生物处理工艺缺点：难于控制厌氧还原脱卤的程度使其产物能在后续的反应中被有效的好氧矿化2、 TiO2光催化应用范围 最为广泛的应用是

3、废水中有机物的降解，主要有以下几个方面： 染料 农药废水 表面活性剂 氯代物和芳香类化合物3、TiO2结构和组成改性 减小晶粒尺寸 TiO2粒径尺寸到纳米数量级时，半导体光催化效率会显著提高 过渡金属离子掺杂 可使TiO2的吸收波长向可见光去移动 非金属离子掺杂 Br和Cl与TiO2掺杂可显著提高TiO2光催化活性能，但对于I元素掺杂尚少报道。 4、纳米二氧化钛的制备固相法 液相法 水热法 三、研究预期目标用水热法在不同温度条件制备系列不同碘掺杂量的 ITiO2光催化剂。在紫外光照下，以1,1,2-三氟三氯乙烷为标准反应物，考察ITiO2的液相光催化性能，并确定多种因素影响下的最佳处理实验条件

4、。利用最佳条件对有机氟废水进行处理。四、研究方法和技术路线1、碘掺杂二氧化钛的制备 将一定量的碘酸钾加入到 75ml 去离子水中，待溶解完全后往其中加入所需比例的硫酸钛,硫酸钛与碘酸钾的摩尔比分别为 11，21，31，超声混合均匀得到白色浆状液体，用磁力搅拌器搅拌 8 个小时后放入高压水热反应釜中水热 24 小时。 上步产物放入 60 烘箱中烘干过夜。烘干后的产物于空气气氛不同温度（200、300）下热处理 3h，升温速率为 3/min。制得 I/ TiO2光催化剂，分别记为 IT200，IT300。2、碘掺杂二氧化钛的制备流程图3、碘掺杂二氧化钛的光催化性能研究 研究以批处理法进行，以自然光

5、为对照。控制条件为单因素，设定因素如下：3个梯度的催化剂投加量（0.5g/L、1g/L、2g/L），实验设5个温度（20、30、40、50、60），6个pH（pH=1、2、3、4、5、6），5个照射时间（0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h），5个光照强度（12cm、17cm、22cm、27cm、32cm），有机氟浓度（有机氟体积：水体积=1:60、1:80、1:100），2个搅拌速度（搅拌、不搅拌），每个处理设2个重复，进行有机氟废水降解实验。步骤如下：首先以pH为变量，控制其他因素分别为：催化剂投加量1g/L，温度40，照射时间2h，光照强度22cm，有机氟浓度1:80，搅拌的条件下，

6、根据F-113降解效率，选出最佳pH。在最佳pH的条件下，以反应温度为变量，其他因素不变，根据F-113降解效率，选出反应温度，其他因素最佳值的选择按此法依次类推。将得到的各因素最佳反应条件左右各增加一个水平，根据L18（37）正交表安排实验，得到碘掺杂二氧化钛的最佳反应条件。利用最佳条件对有机氟废水进行处理。4、实验装置图 用制备好的系列 ITiO2光催化剂，与有机氟废水按一定比例混合，置于300W高压汞灯下照射，用磁力搅拌器搅拌溶液，进行降解反应。5、总流程图五、创新点及实验过程中可能遇到的问题 1、创新点 目前国内外对光催化剂二氧化钛改性方法有很多，报道显示卤素离子掺杂可显著提高二氧化钛

7、的光催化活性，但对于碘元素的掺杂尚少有报道，同时有机物的降解研究和光催化研究虽取得一定成果，但在光催化降解有机氟物研究报道很少。本实验重点在于研究在不同碘掺杂量和烘焙温度下二氧化钛对有机氟的降解效率，并以此来表征碘掺杂二氧化钛的光催化性能，并为当前含氟有机物难降解提供参考。2、实验中可能遇到的问题试验工作量很大，需要大量的时间投入。二氧化钛易沉淀，使得每次取样测量时二氧化钛与水比例变化，导致测量结果有误差。在控制温度为变量时，反应中水分蒸发快，使得二氧化钛投加量变化，给实验带来误差。工业废水中杂质离子太多，试验中不确定因素太多，一些未知离子因素可能对实验造成影响。光催化活性与有机物结构有关，废水有机氟种类多，有可能最终确定的最佳条件对废水处理结果不稳定。六、实验进度安排和经费预算1、实验进度安排2011.082011.11 查阅文献、设计试验方案、准备试验材料，预作2011.112011.12 开题论证，确定试验方案。2012.012012.04 完成二氧化钛的碘掺杂改性2012.042012.08 完成紫外光催化对1,1,2-三氟三氯乙烷降解的研究2012.082013.02 完成有机氟废水降解的研究