光催化降解苯酚废水的实验方案
紫外光及日光下天然金红石光催化降解苯酚的研究
紫外光及日光下天然金红石光催化降解苯酚的研究紫外光及日光下天然金红石光催化降解苯酚的研究引言：苯酚是一种常见的有机污染物，具有毒性和臭味，对环境和人体健康造成潜在威胁。
开发高效、环境友好的降解方法对于处理苯酚污染具有重要意义。
近年来，光催化技术作为一种潜在的处理方法备受关注。
本文将重点研究紫外光及日光下天然金红石对苯酚进行光催化降解的方法和机制。
1. 紫外光及日光下天然金红石的特性1.1 紫外光特性紫外光属于电磁辐射的一部分，波长范围从10纳米到400纳米。
紫外光具有较高能量，能够激发物质产生电子跃迁和化学反应。
1.2 天然金红石特性天然金红石是一种常见的半导体材料，其晶体结构可以吸收可见光和紫外光，并产生电子-空穴对。
这些电子-空穴对在光催化反应中起到重要作用。
2. 紫外光及日光下天然金红石光催化降解苯酚的方法2.1 光催化反应装置为了研究紫外光及日光下天然金红石的催化效果，需要建立一个合适的光催化反应装置。
该装置通常包括紫外灯、天然金红石样品、苯酚溶液和反应容器。
2.2 反应条件优化在进行光催化降解实验之前，需要对反应条件进行优化。
确定最佳pH 值、溶液浓度、温度和反应时间等参数，以提高降解效率。
3. 紫外光及日光下天然金红石光催化降解苯酚的机制3.1 光生电荷对的产生当紫外光或可见光照射到天然金红石表面时，其能带结构发生改变，产生电子-空穴对。
这些电子-空穴对可以参与后续的催化反应过程。
3.2 苯酚降解过程在紫外光或可见光的激发下，天然金红石表面的电子-空穴对会与苯酚分子发生反应。
电子可以被苯酚吸收，形成具有较高能量的激发态苯酚分子。
激发态苯酚分子很容易与氧气或其他氧化剂反应，产生自由基并最终降解为无害物质。
4. 研究进展和挑战4.1 研究进展近年来，许多研究已经证明了紫外光及日光下天然金红石在苯酚降解中的有效性。
一些研究还探索了不同条件下的催化效果，并提出了一些改进方法以提高降解效率。
4.2 挑战和未来展望尽管紫外光及日光下天然金红石光催化降解苯酚具有潜在的应用前景，但仍存在一些挑战。
光催化氧化降解苯酚和氨氮共存废水研究的开题报告
光催化氧化降解苯酚和氨氮共存废水研究的开题报告一、研究背景苯酚和氨氮是工业废水中常见的有毒有害物质，对环境和人体健康都有一定的危害。
近年来，光催化氧化技术因其高效、无污染等优点受到人们的广泛关注和研究。
然而，他们通常同时存在于工业废水中，而且它们对光催化氧化的机理不尽相同，因此需要针对这种情况进行深入研究。
二、研究目的本研究旨在探讨光催化氧化技术在降解苯酚和氨氮共存废水中的应用，分析苯酚和氨氮在光催化氧化过程中的协同作用，并寻求最佳光催化降解条件，以提高工业废水治理效率。
三、研究内容1. 构建光催化氧化实验装置，选择合适的催化剂和光源。
2. 确定实验参数：光源波长、反应温度、初始苯酚和氨氮浓度等。
3. 通过单因素实验及正交实验，优化反应条件。
4. 分析苯酚和氨氮在光催化氧化过程中的降解机理。
5. 探讨不同催化剂对苯酚和氨氮降解效果的影响。
四、研究意义1. 通过研究不同反应条件下苯酚和氨氮的降解效果，为企业提供工业废水治理方案的依据。
2. 丰富光催化技术应用领域，为环境保护事业做出贡献。
3. 为光催化氧化技术的进一步研究提供参考价值。
五、研究方法本研究主要采用实验室模拟废水体系，在光催化反应装置中，以苯酚和氨氮为共存废水模拟物，测定不同反应参数下的废水处理效率。
并结合理论分析，寻找最佳处理条件，分析苯酚和氨氮在光催化氧化过程中的降解机理。
六、研究难点光催化氧化苯酚和氨氮共存废水在实验上存在复杂性，难以剖析其相互作用及机理。
同时，不同催化剂在处理废水时会产生不同效果，并且会受到反应参数的影响。
如何在光催化氧化反应中，找到最佳的催化剂和反应条件，提高废水处理效率是需要解决的难题。
七、预期结果通过本研究，可以确定苯酚和氨氮在光催化氧化反应中的相互作用及机理，并分析不同催化剂和反应参数对废水处理效率的影响。
预期可以找到最佳的处理条件，进一步提高工业废水的治理效率，并为光催化氧化技术在废水处理领域的应用提供更为可靠的实验结果和理论基础。
废水中苯酚的降解
二、试验方法
实验装置图
1、 TiO2光催化降解苯酚溶液的性能验证
在前10h内不加TiO2的光降解速率不高,说明 确是TiO2对降解起到很大的作用。 主要作用原理为:当二氧化钛半导体粒子受到 紫外光的照射时,价带上的电子(e-)被激发跃迁至 导带,在价带上产生空穴(h+),并在电场作用下,分 离并迁移到粒子表面,光生空穴因具有极强的得电 子能力,而具有很强的氧化能力。将其表面吸附的 OH-和H2O分子氧化成OH自由基,而OH几乎无选 择地将有机物氧化,并最终降解为CO2和H2O[2]; 在10~24h内,没加TiO2的光降解率有所提高,这是 因为随着降解时间的延长,在紫外灯照射下溶液中 臭氧浓度渐渐增大,在臭氧的氧化作用下,苯酚被 氧化得以降解。
废水中苯酚的降解
组员：李岚 梁婧怡 张婷 卢兰雪
一、苯酚废水危害
2016/4/16
二、治理方法
• 光催化法 • 沉淀法 • 化剂受到大于禁带宽度能量的光子照 射后，发生电子跃迁，生成光生电子(e一)和空穴对(h+ )，光生电子 具有很强的还原能力，可以还原去除水中的金属离子，而空穴具有 极强的氧化性，可对吸附于其表面的污染物进行直接或间接的氧化 降解，此外，空穴还可以氧化H2O和OH一生成反应性极高的羟基 自由基(· OH)，· OH是一种强氧化剂(氧化还原电位为+2．8V)，它可 以将大多数有机染料氧化为可矿化的最终产物。以本实验中的TiO2 为例。TiO2的带隙能火3.2 eV, 相当于波长为387.5nm 光子能量， 抵达地面太阳能最小波长为300.0nm，300.0～387.5nm 之间的紫 外光能约占太阳能的1%左右。当TiO2受到太阳能辐射后，处于价 带的电子就被激发到导带，价带便生成空穴（h+）。
光催化降解苯酚废水的研究
光催化降解苯酚废水的研究指导老师副教授【摘要】以TiO2 为光催化剂，以紫外灯为光源，在自制的光催化反应装置中进行苯酚溶液的光催化降解实验，并且考察了催化剂用量、苯酚初始浓度、PH值、光照强度等因素都对苯酚光催化降解的影响。
结果表明：其最佳工艺条件为：苯酚浓度在10mg/L ，pH=7，TiO2用量为1. 0 g/L，紫外灯波长为254 nm，反应时间4h时降解效果最佳。
关键字：TiO2 光催化，降解苯酚影响因素1、前言酚是一类常用的化工原料,是一类很难降解的化合物，具有致癌、致畸、致变的潜在毒性[1]，因而含酚废水来源十分广泛,对人类健康带来十分严重的危害。
苯酚是含酚废水中常见的污染物,有效处理苯酚废水已经是环保方面的一个重要课题[2]。
光催化氧化降解苯酚以其高效、稳定以及无二次污染等特点[3],已成为近年来环保领域一种新型的污染治理技术。
1.1苯酚废水来源及危害1.1.1、苯酚废水的来源苯酚是重要的化工基本原料及中间体，是一种高毒物质,工业常用于制染料合成树脂、塑料、合成纤维和农药、水杨酸等[4]，日常生活中也常用于杀菌消毒、做防腐剂等。
因而苯酚废水在我们这个工业发达的国家来源非常广，且数量多，主要来自于炼油、煤气洗涤、炼焦、造纸、合成氨、木材防腐、石油化工、化学、制药、油漆、涂料、塑料农药等企业的生产废水中[5]。
苯酚微溶于水，在使用和生产苯酚的过程中，一定溶有部苯酚, 成为对人体有害的苯酚废水。
1.1.2、苯酚废水的危害苯酚是一种对一切生物个体都有毒害的物质，低浓度酚能使蛋白质变性,高浓度能使蛋白质沉淀，具有致癌、致畸、致变的潜在毒性，对皮肤、粘膜有强烈的腐蚀作用。
它通过皮肤、黏膜的接触而吸入或经过口腔侵入生物体内，与细胞皮浆中的蛋白质接触后形成不溶性蛋白质而使细胞失去活性，尤其对神经系统有较大的亲和力，使神经系统发生病变或损害肝、肾功能[1]。
同时苯酚对水源和水生生物也能产生严重的影响。
废水中苯酚的降解的方法
一、苯酚废水危害
2017/6/1
二、治理方法
• 光催化法 • 沉淀法 • 萃取法
光催化法
一、光催化的原理：
光催化基本原理是指光催化剂受到大于禁带宽度能量的光子照 射后，发生电子跃迁，生成光生电子(e一)和空穴对(h+ )，光生电子 具有很强的还原能力，可以还原去除水中的金属离子，而空穴具有 极强的氧化性，可对吸附于其表面的污染物进行直接或间接的氧化 降解，此外，空穴还可以氧化H2O和OH一生成反应性极高的羟基 自由基(· OH)，· OH是一种强氧化剂(氧化还原电位为+2．8V)，它可 以将大多数有机染料氧化为可矿化的最终产物。以本实验中的TiO2 为例。TiO2的带隙能火3.2 eV, 相当于波长为387.5nm 光子能量， 抵达地面太阳能最小波长为300.0nm，300.0～387.5nm 之间的紫 外光能约占太阳能的1%左右。当TiO2受到太阳能辐射后，处于价 带的电子就被激发到导带，价带便生成空穴（h+）。
TiO2光催化降解苯酚溶液的性能验证
2、苯酚降解率与时间的关系
反应2h后,无色液体渐渐变为浅橘 红色;随着反应时间的延长颜色有 所加深,变为橘红色,但6h后颜色基 本不变。
苯酚降解率与时间的苯酚降解最好,在 pH值为3~6.3之间,当溶液的pH 值增大时,光催化氧化反应的速 率会呈现出逐渐增大的正比例 变化趋势;但如果pH值增加到一 定值,如pH>9时,在TiO2上的吸 附反应速率反而变小,甚至反应 不明显了。由此可见,在pH值接 近于中性条件时,苯酚的降解速 率最快,降解的效果最好。
• • • • • • • •
光催化反应机理可用以下各式表示： TiO2 +hv(UV) →TiO2(e- + h+ ) TiO2(h+)+ H2O→ TiO2+ H2O+·OH TiO2(h+) + OH一 →TiO2 +·OH 有机染料+· 0H一降解产物 有机染料+h+→氧化产物 有机染料+e一→还原产物 式中hv是将TiO2的电子从价带激发到导带的光子能量。
光催化氧化处理苯酚废水的研究
科 技 天 地60INTELLIGENCETiO 2光催化氧化处理苯酚废水的研究沈阳师范大学 郑志国 李 娜摘 要：本文以为光催化剂，在紫外光的照射下，降解处理低浓度苯酚模拟废水。
考察了温度、pH、流量对苯酚降解过程的影响。
结果表明：当苯酚浓度固定为40mg/L，光催化剂浓度为1.0g/L 时，最佳反应参数是温度60℃，流量120L/h，酸性条件。
关键词：光催化作用 苯酚 二氧化钛一、引言光催化氧化法消除和降解污染物是近年来环境保护技术中的一个研究热点，光催化氧化结构简单、操作条件容易控制、氧化能力强、无二次污染，是一种具有广阔应用前景的水处理技术。
做催化剂的光催化氧化法因其光稳定性好、化学稳定性高、无毒且成本低，己成为目前最引人注目的环境净化材料。
酚类是一种重要的工业原料，广泛应用于化工、杀虫剂、杀菌剂、防腐剂、和造纸等工业，具有恶臭、异味和高度毒性，是重要的有机污染物之一。
本实验用光催化氧化法对苯酚的降解进行了研究。
二、光催化反应设备用于测定催化剂性质及光催化反应动力学的装置如图1所示：图1 光催化氧化反应装置图Fig 1 Chart of photo-catalytic reaction equipment 实验设备技术参数如表1所示。
表1装置技术参数Tab.1 Techno-parameters of the equipment紫外光波长253.5nm 紫外光功率20W紫外光电压220V 循环水方向由下至上循环水泵功率370W 循环水泵电压220V 循环水泵形式自吸式容器体积5L实验过程中，在容器中配置模拟废水(废水体积必须大于照射反应管的有效容积)， 并加入光催化剂（）以及辅助催化剂（）之后，搅拌均匀使粉末处于悬浮状态。
然后打开控制器面板上的电源及循环泵开关，并调节转子流量计的大小，使模拟废水以一定的流速在紫外光处理器与反应容器之间构成循环。
一段时间之后打开紫外灯开关，进行有机物的紫外光催化降解（反应过程中需要更换冷却水浴以控制体系温度）。
光催化降解苯酚-浙江大学化学实验教学中心
100
40
20
2
催化、电催化、吸附……
11/2/2014
14
纳米TiO2与常规TiO2催化H2S脱硫的催化活性
张志昆 等, 纳米技术与纳米材料, 国防工业出版社: 北 京, 2000
11/2/2014 15
4.实验内容
300 W钨灯 光谱分布？
反应装置图
1.紫外灯 2.反应器 3.冷却水层 6.蠕动泵 4.磁力搅拌器 5.磁子 7.烧杯 8.导管
典型半导体的能带位置
为什么常用TiO2光催化剂 ？
半导体 Eg（eV） Si ZnO CdS Fe2O3 TiO2 1.1 3.2 2.4 2.2 3.2 特点
氧化还原能力差 在水中不稳定，表面生成Zn(OH)2 易发生阳极光腐蚀，且有毒 易发生阳极光腐蚀 氧化还原性较强，稳定性高，价廉，无毒
为什么常用纳米光催化剂 ？
9.防紫外线罩
苯酚的标准曲线
查阅并思考： （1）测试苯酚的方法（GB7490-87,分光光度法) （2）标准溶液的浓度范围 ?
光降解过程（参考）
取600mL 0.1g/L苯酚溶液，加入1.5g TiO2，开动磁力搅拌器，搅拌 10min ，取出1mL反应溶液，离心后，按照配制标准曲线的方法将反 应液稀释至50mL，同样静置10min 后测定吸光度，打开冷凝水，打 开紫外灯，此后，每隔10min取一次样品，取量和配制方法皆和上述 相同。
注意：冷凝水与紫外灯启动顺序；结束后的关闭顺序； 并注意只有在保护盖关上的情况下，打开紫外灯。
基本任务与要求（第一阶段）
（1）了解苯酚光降解动力学的一般规律（学会动力学分析）。 （2）了解一般性参数（如催化剂用量、苯酚浓度）对降解动力学的 影响规律。
废水中苯酚的降解的方法
• • • • • • • •
光催化反应机理可用以下各式表示： TiO2 +hv(UV) →TiO2(e- + h+ ) TiO2(h+)+ H2O→ TiO2+ H2O+·OH TiO2(h+) + OH一 →TiO2 +·OH 有机染料+· 0H一降解产物 有机染料+h+→氧化产物 有机染料+e一→还原产物 式中hv是将TiO2的电子从价带激发到导带的光子能量。
TiO2光催化降解苯酚溶液的性能验证
2、苯酚降解率与时间的关系
反应2h后,无色液体渐渐变为浅橘 红色;随着反应时间的延长颜色有 所加深,变为橘红色,但6h后颜色基 本不变。
苯酚降解率与时间的关系
3、苯酚降解与pH关系
在pH=6.3时,苯酚降解最好,在 pH值为3~6.3之间,当溶液的pH 值增大时,光催化氧化反应的速 率会呈现出逐渐增大的正比例 变化趋势;但如果pH值增加到一 定值,如pH>9时,在TiO2上的吸 附反应速率反而变小,甚至反应 不明显了。由此可见,在pH值接 近于中性条件时,苯酚的降解速 率最快,降解的效果最好。
废水中苯酚的降解方法
一、苯酚废水危害
2017/6/1
二、治理方法
• 光催化法 • 沉淀法 • 萃取法
光催化法
一、光催化的原理：
光催化基本原理是指光催化剂受到大于禁带宽度能量的光子照 射后，发生电子跃迁，生成光生电子(e一)和空穴对(h+ )，光生电子 具有很强的还原能力，可以还原去除水中的金属离子，而空穴具有 极强的氧化性，可对吸附于其表面的污染物进行直接或间接的氧化 降解，此外，空穴还可以氧化H2O和OH一生成反应性极高的羟基 自由基(· OH)，· OH是一种强氧化剂(氧化还原电位为+2．8V)，它可 以将大多数有机染料氧化为可矿化的最终产物。以本实验中的TiO2 为例。TiO2的带隙能火3.2 eV, 相当于波长为387.5nm 光子能量， 抵达地面太阳能最小波长为300.0nm，300.0～387.5nm 之间的紫 外光能约占太阳能的1%左右。当TiO2受到太阳能辐射后，处于价 带的电子就被激发到导带，价带便生成空穴（h+）。
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光催化降解苯酚废水的实验方案
实验方法
试剂与仪器
苯酚,分析纯4一氨基安替比林,分析纯铁氰化钾,分析纯重铬酸钾,分析纯双氧水,分析纯
外分光光度计,上海公司紫外杀菌灯,浙江海门其林贝尔仪器公司恒温磁力搅拌器,北京仪器系统公司台式高速离心机,北京医用离心机厂。
实验装置及方法
1 催化剂用量的影响
取苯酚溶液置于反应器中,分别投加不同量催化剂，用紫外灯照射照射,
悬浮降解。
离心、检测苯酚含量,计算降解率。
2 光源对催化剂活性的影响
取苯酚溶液,相同的催化剂用量,将反应装置分别置于避光暗处、紫外灯、室内自然光下, 悬浮降解。
离心、检测苯酚含量,计算降解率。
3 溶液初始PH值的影响
取100ml苯酚废水,催化剂用量相同,分别用稀硫酸及氢氧化钠溶液的调PH值为1 、4、7、9、12,用紫外光照射、悬浮降解。
离心、检测苯酚含量,计算降解
4溶液初始浓度的影响
取不同浓度的苯酚溶液,催化剂用量均相同用紫外光照射、悬浮降解。
离心、检测苯酚含量,计算降解率
5体系中加入氧化剂双氧水的影响
取浓度相同的苯酚溶液,催化剂用量均相同, ,分别加入不同浓度的双氧水溶液,用紫外光照射、悬浮降解。
离心、检测苯酚含量,计算降解率。