中文题名: |
等离子体技术降解金橙G试验研究 |
姓名: | |
学号: | 1049731803326 |
保密级别: | 公开 |
论文语种: | chi |
学科代码: | 081403 |
学科名称: | 工学 - 土木工程 - 市政工程 |
学生类型: | 硕士 |
学位: | 工程硕士 |
学校: | 武汉理工大学 |
院系: | |
专业: | |
第一导师姓名: | |
第一导师院系: | |
完成日期: | 2021-05-30 |
答辩日期: | 2021-05-22 |
中文关键词: | 介质阻挡放电等离子体 |
中文摘要: |
金橙G是一种典型的偶氮染料,已被普遍应用于食品、医药、印染、纺织和化妆品等行业,具有危险性、毒性和致癌等性质。现有的废水处理方法包括吸附、混凝和膜分离等,但无法高效的从水中去除金橙G,并容易造成二次污染。低温等离子体是一种高级氧化技术,对水中有机物有着显著的降解作用,近年来受到国内外研究者的广泛关注。 本文采用介质阻挡放电(DBD)等离子体技术处理金橙G废水,首先对等离子体降解金橙G的反应条件、处理效果、降解机理开展了试验研究和分析。之后研究了等离子体技术协同高效氧化剂降解金橙G的处理效果和等离子体技术协同g-C3N4降解金橙G的处理效果,得到的主要结论如下: (1)考察了输入电压、金橙G初始浓度、溶液初始pH对金橙G降解效果的影响。结果表明在输入电压为70V,金橙G的降解率达到56.7%,能量产率为0.137g/kWh。在金橙G初始浓度分别为100mg/L、200mg/L和300mg/L时,反应10min后的降解率分别为56.7%、41.8%和31.9%。在酸性(pH=2.95)和碱性(pH=10.87)条件下,金橙G的降解率更高,达到了77.4%和63.7%。同时,研究了DBD/Fe2+体系降解金橙G的效果,结果表明在添加0.10mM Fe2+后,金橙G的降解率提升至93.6%。DBD/Fe2+体系降解金橙G的效果受输入电压、金橙G初始浓度和溶液初始pH的影响。 (2)常见阴离子对等离子体降解金橙G的影响。在反应10min后,Cl-、SO42-和NO3-对单独DBD体系降解金橙G都呈现出抑制作用,并且抑制效果随着阴离子浓度变大而提升,HCO3-和PO43-则对单独DBD体系降解金橙G表现出在阴离子低浓度情况下抑制金橙G降解,在高浓度促进金橙G降解的现象。在DBD/Fe2+体系中,Cl-、HCO3-、SO42-、NO3-和PO43-抑制金橙G的降解。 (3)研究了反应条件对DBD等离子体协同氧化剂降解金橙G的影响。对比分析了DBD/PS、DBD/SPC和DBD/Fe(VI)三个体系降解金橙G的降解效果。结果表明对应的三个体系对金橙G的降解率,由单独的DBD体系的56.7%提升至64.6%、81.7%和96.5%。对应的三个体系的协同因子分别为1.27,1.81和2.94。对应的三个体系的TOC去除率分别可达到26.3%、36.3%和37.2%,比单独DBD体系的TOC去除率提高了10.6%,20.6%和21.5%。研究结果表明反应10min后,DBD/PS体系在输入电压为80V时,最大能量产率为0.162g/kWh;DBD/SPC体系和DBD/Fe(VI)体系在输入电压为70V时,最大能量产率为0.198g/kWh和0.234g/kWh。在DBD/PS体系中较合适的PS投加量为0.15mM;在DBD/SPC体系和DBD/Fe(VI)体系中较合适的SPC和Fe(VI)投加量为0.10mM。在DBD/PS体系中,酸性条件下更有利于金橙G的降解,在酸性(pH=3.27)条件下,反应10min后,金橙G的降解率达到了74.5%;而DBD/SPC体系和DBD/Fe(VI)体系能在较宽pH范围(pH=4-10)对金橙G废水保持稳定的氧化降解效果。 (4)单独DBD体系和DBD/Fe2+体系降解路径与机理分析。通过UV-Vis吸收光谱及LC-MS的检测结果推测出12种中间产物,探求DBD/Fe2+体系降解金橙G可能的降解路径,结合TOC矿化结果,可知金橙G被降解为小分子物质并最终矿化为CO2和H2O。基于以上分析和自由基捕获试验,可以得出单独DBD体系和DBD/ Fe2+体系降解金橙G的主要活性物质是•OH。 (5)研究了DBD等离子体协同氧化剂降解金橙G的机理。自由基捕获剂试验表明在DBD/PS体系中,•OH和•SO4-负责金橙G的氧化降解,并且•OH是降解过程中的主要自由基;在DBD/SPC体系中,•OH、•CO3-、•O2-对金橙G的降解均有贡献,其中•OH的贡献最大,•O2-最小;在DBD/Fe(VI)体系中,起主要作用的自由基是•OH,也有部分金橙G分子被•O2-氧化降解。 (6)研究DBD等离子体协同g-C3N4降解金橙G的影响因素和反应机理。通过表征分析得出以硫脲为前驱体制备的g-C3N4光催化性能最好。在输入电压为80V时,反应10min后的金橙G降解率达到75.3%,能量产率为0.160g/kWh。g-C3N4投加量为0.5g/L时经济效益最好。DBD/g-C3N4体系能在较宽pH范围内对金橙G进行氧化降解。此外,制备的g-C3N4光催化材料在经历四次重复实验后,表现出较高的稳定性和可重复利用性。自由基捕获剂试验表明在DBD/g-C3N4体系中,•OH、•O2-和h+都对金橙G的降解起作用,其中以•OH和•O2-为主。 |
参考文献: |
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中图分类号: | X703.1 |
条码号: | 002000062436 |
馆藏号: | TD10051606 |
馆藏位置: | 403 |
备注: | 403-西院分馆博硕论文库;203-余家头分馆博硕论文库 |