研究目的
研究采用两种非均相高级氧化工艺对四种不同微污染物的光催化降解效果:一种为使用自制TiO2的半导体光催化,另一种为采用混合磁性纳米材料的非均相光芬顿法。
研究成果
二氧化钛HP在太阳能照射下对微污染物降解表现出卓越性能,优于商用二氧化钛P25。采用MB3的非均相光芬顿工艺效果显著(尤其在酸性pH条件下),但在低污染物浓度时,具有溶出铁的均相光芬顿能达到相近效果,从而降低对MB3的需求。MB3可作为可回收的铁源储备。该研究支持采用基于太阳能的高级氧化工艺进行水处理,经优化后具备规模化应用潜力。
研究不足
该研究仅针对特定微量污染物和条件;实际应用中的可扩展性和成本效益可能需要进一步研究。与酸性条件相比,采用MB3的非均相光芬顿工艺在中性pH条件下效率降低,且在低污染物浓度下由于浸出铁的均相光芬顿作用充分,MB3的作用可忽略不计。
1:实验设计与方法选择:
本研究比较了两种非均相高级氧化工艺——采用TiO2 HP的半导体光催化和采用MB3纳米材料的非均相光芬顿法。实验在实验室规模的太阳模拟器和自然太阳辐射下的中试装置中进行。
2:样本选择与数据来源:
使用含有100微克/升各微量污染物(卡马西平、氟甲喹、布洛芬、磺胺甲噁唑)的水溶液。催化剂包括自制TiO2(TiO2 HP)、商用TiO2 P25以及混合磁性纳米材料MB3。
3:实验设备与材料清单:
设备包括太阳模拟器(Atlas XLS Suntest)、CPC中试装置、超高效液相色谱仪(安捷伦科技1200系列)、分光光度计(PG仪器公司T-60-U、岛津UV-2401 PC)、X射线衍射仪(帕纳科Empyrean、X'Pert PRO MPD)、傅里叶变换红外光谱仪(岛津FTIR-8400、布鲁克Vector 22)、热重分析仪(珀金埃尔默Pyris 1)、辐射计(SOLARLIGHT PMA2100)、离心泵(型号NH-50PX)。材料包括四氯化钛、TiO2 P25、微量污染物、过氧化氢、硫酸、邻菲罗啉、抗坏血酸、滤膜(密理博0.2微米)、超纯水、三氯化铁、硫酸亚铁、氢氧化铵、BBS。
4:布鲁克Vector 22)、热重分析仪(珀金埃尔默Pyris 1)、辐射计(SOLARLIGHT PMA2100)、离心泵(型号NH-50PX)。材料包括四氯化钛、TiO2 P微量污染物、过氧化氢、硫酸、邻菲罗啉、抗坏血酸、滤膜(密理博2微米)、超纯水、三氯化铁、硫酸亚铁、氢氧化铵、BBS。 实验步骤与操作流程:
4. 实验步骤与操作流程:对于TiO2 HP,在太阳模拟器或CPC装置中以不同负载量(0.05、0.1、0.2克/升)的悬浮液进行辐照。对于MB3,在pH 6.1和3条件下添加过氧化氢进行实验。进行了吸附和铁浸出的暗反应测试。定时取样,过滤后通过UPLC分析。
5:2克/升)的悬浮液进行辐照。对于MB3,在pH 1和3条件下添加过氧化氢进行实验。进行了吸附和铁浸出的暗反应测试。定时取样,过滤后通过UPLC分析。 数据分析方法:
5. 数据分析方法:通过配备紫外-二极管阵列检测器的UPLC定量测定微量污染物浓度。采用邻菲罗啉分光光度法测定铁浓度。数据分析用于确定降解动力学和效率。
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UPLC
Series 1200
Agilent Technologies
Used for quantitative evaluation of micro-contaminants via liquid chromatography.
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XRD Instrument
Empyrean
PANalytical
Analyzes crystalline phase structures of catalysts.
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FTIR Spectrophotometer
FTIR-8400
Shimadzu
Records infrared spectra of samples.
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UV-Vis Spectrophotometer
UV-2401 PC
Shimadzu
Measures diffuse reflectance spectra.
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TiO2 P25
P25
Degussa
Used as a reference photocatalyst for comparison in degradation experiments.
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Solar Simulator
Atlas XLS Suntest
Atlas
Provides constant illumination from a Xenon lamp for lab-scale photodegradation tests.
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Radiometer
PMA2100
SOLARLIGHT
Monitors UV radiation within the solar simulator.
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Spectrophotometer
T-60-U
PG Instruments Ltd.
Measures absorbance for iron concentration determination.
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Surface Area Analyzer
ASAP 2020
Micromeritics
Measures specific surface area by nitrogen adsorption-desorption.
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Centrifugal Pump
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Feeds aqueous suspension to the photoreactor in the pilot plant.
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Millipore
Filters samples before analysis.
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