研究目的
研究在光声反应器中利用二氧化钛光催化剂,在温和条件下同时光催化还原水溶液中的有毒二价镍离子并降解萘,以探索其协同效应和效率。
研究成果
在光声反应器中利用TiO?同步光催化还原Ni(II)与降解萘表现出显著协同效应,在温和条件(pH 7.5,35°C)下去除效率显著提升。硫酸镍效果略优于硝酸镍。该过程遵循准一级动力学,较单一处理方式能耗较低,且能形成Ni/TiO?纳米复合材料。此方法对含混合污染物的工业废水处理高效且前景广阔,具有进一步开发应用潜力。
研究不足
该研究仅限于特定初始浓度(5 mg/L Ni(II)、10 mg/L NA)和温和条件(pH 7.5-9.5,温度不超过35°C)。实验室规模反应器的使用可能无法直接推广至工业应用。实际废水中其他离子或污染物的存在可能影响处理效果。虽然已评估能耗,但实际使用中可能偏高,需进一步优化以实现成本效益。
1:实验设计与方法选择:
本研究采用异相光催化法,在结合紫外光与超声波的光声反应器中利用TiO?纳米颗粒,同步实现Ni(II)离子还原与萘降解。该设计旨在利用两种过程的协同效应。
2:样品选择与数据来源:
使用去离子水配制初始浓度为5 mg/L Ni(II)(来自硝酸盐或硫酸盐)和10 mg/L萘的水溶液,定时取样分析。
3:实验设备与材料清单:
1.25 L圆柱形不锈钢光声反应器、250 W汞灯(波长280-400 nm,主峰365 nm)、28 kHz/60 W超声波源、恒温浴槽、简易搅拌器、TiO? P-25纳米颗粒(Evonik公司,锐钛矿/金红石80/20,BET比表面积50±15 m2/g,平均粒径21 nm)、默克公司化学品(包括镍盐、萘、PAN、乙醇、Triton X-100、酸碱盐等)、日本Jasco V-630紫外可见分光光度计、美国Perkin-Elmer Spectrum 65傅里叶红外光谱仪、捷克Tescan Mira 3扫描电镜、日本BELSORP Mini II比表面积分析仪及离心机。
4:25 L圆柱形不锈钢光声反应器、250 W汞灯(波长280-400 nm,主峰365 nm)、28 kHz/60 W超声波源、恒温浴槽、简易搅拌器、TiO? P-25纳米颗粒(Evonik公司,锐钛矿/金红石80/20,BET比表面积50±15 m2/g,平均粒径21 nm)、默克公司化学品(包括镍盐、萘、PAN、乙醇、Triton X-酸碱盐等)、日本Jasco V-630紫外可见分光光度计、美国Perkin-Elmer Spectrum 65傅里叶红外光谱仪、捷克Tescan Mira 3扫描电镜、日本BELSORP Mini II比表面积分析仪及离心机。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:调节1 L指定浓度溶液的pH值,加入100 mg/L TiO?催化剂,超声处理5分钟,避光混合30分钟达到吸附平衡后,开启紫外光照并持续搅拌。定时取样2 mL,离心分离纳米颗粒后测定Ni(II)和萘浓度。实验全程控温,部分实验采用氮气吹扫以研究活性氧物种作用。
5:数据分析方法:
去除效率计算公式RE=([C]?-[C]?)/[C]?×100%。动力学分析采用准一级模型ln([C?]/[C?])=kt。一级反应能耗计算公式EEC=38.4P/(Vk)。统计分析包含动力学拟合的决定系数(R2)。
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获取完整内容-
UV-vis spectrophotometer
V-630
Jasco
Used to measure the concentration of Ni(II) and naphthalene by analyzing absorption spectra at specific wavelengths.
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FTIR spectrometer
Spectrum 65
Perkin-Elmer
Used to characterize TiO2 nanoparticles before and after usage by analyzing infrared spectra to identify functional groups and adsorbed species.
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SEM
Mira 3
Tescan
Used to determine the morphology and particle size of TiO2 nanoparticles before and after usage.
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BET analyzer
Mini II
BELSORP
Used to measure the surface area, pore volume, and pore size of TiO2 nanoparticles by nitrogen adsorption-desorption porosimetry.
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TiO2 nanoparticles
P-25
Evonik
Used as the photocatalyst for the reduction of Ni(II) ions and degradation of naphthalene under UV irradiation.
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Mercury lamp
250 W
Used as the UV light source for photocatalysis, with wavelength range 280-400 nm and maximum emission at 365 nm.
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Ultrasound source
Used to sonicate the suspension for homogenization and to break up particle clusters before irradiation.
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