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染料合成过程中排放的废水成分复杂,浓度高、色度大、难降解物质多,且含有多种具有能致癌、致畸、致突变的有机物。此外,由于染料生产品种逐渐增多,并且逐步向抗氧化、抗光解、抗生化方向发展,使得染料废水处理的难度加大。未经严格处理的染料废水不但造成水体的严重污染,而且给人体及生态环境也造成潜在的危害。针对染料废水化学结构稳定,对微生物有毒害的特点,常规的物化法和生化法无法取得理想的处理效果,有必要开发针对这类废水治理行之有效的处理新工艺,来满足越来越严格的环保排放标准,达到综合治理的目的。
ZnO作为一种新型的直接宽带隙半导体材料,其禁带宽度为3.2eV,对可见光透过,能吸收紫外光。纳米ZnO因尺寸小,比表面积大,其表面存在较多的剩余键以及缺陷等活性中心,因此可作为光催化剂使用。研究表明,氧化锌在超声催化,光电催化,以及微波/光催化等方法中联用能很好地降解染料废水。
传统的Fenton体系在20世纪60年代才开始用于处理污染物,由于芬顿体系设备简单,反应条件温和,操作方便,氧化速率高,使用非常广泛。但是也存在着应用pH值范围窄和过氧化氢过量等问题。经历了不断的改进和发展后,出现了紫外光/芬顿(UV/Fenton),可见光/芬顿(Vis/Fenton),超声/芬顿(US/Fenton)等方法。超声波降解技术集高温热解、自由基氧化和超临界水氧化于一身,降解条件温和、适用范围广、操作简单,可以单独使用,也可以与其它技术联合使用,是一种很有发展潜力和应用前景的技术。
本文使用超声协同下的芬顿/Co2+体系,在氧化锌存在的条件下降解亚甲基蓝,是利用了芬顿/Co2+体系pH应用范围广的特点,而且此体系到目前为止研究较少。
本文第一章概述了传统处理污染物的方法和氧化锌处理污染物的近况,以及课题提出的意义和创新点。第二章概况总结了Fenton/Fe2+和Fenton/Co2+体系在不同条件下通过产生羟基自由基降解有机污染物的机理。第三章主要介绍氧化锌、掺杂氧化锌以及掺杂二氧化锡等纳米粒子的合成方法及性质表征。在第四章中重点阐述超声协同下Fenton/Co2+/氧化锌体系降解亚甲基蓝的实验研究结果。首先对该体系下降解亚甲基蓝的最佳实验条件进行了研究,包括降解时间,亚甲基蓝的初始浓度,初始pH值,温度,双氧水的浓度,Co2+的浓度,氧化锌的投加量等对降解率的影响。结果发现pH值在接近中性,H2O2浓度为100 mmol/L,Co2+浓度为0.3mmol/L,温度为50℃的条件下,有最高的降解率。在第五章中,采用最佳降解条件,全面、系统地比较了不同合成条件下的氧化锌、不同掺杂元素的氧化锌,以及不同Sb掺杂量的二氧化锡等纳米粒子降解亚甲基蓝的效果。结果发现,掺Sb二氧化锡降解亚甲基蓝具有非常好的效果,远超过各种ZnO样品。而不同掺杂元素中,以Cu2+的效果最好,不掺杂的ZnO最差。
另外文章还初步探讨了掺铝氧化锌降解亚甲基蓝的循环使用情况,以及与二氧化钛P25降解亚甲基蓝进行对比,结果发现本文所使用的掺铝氧化锌可以重复使用两次,对降解率影响比较小,而且在超声协同-Fenton/Co2+条件下降解亚甲基蓝,均好于二氧化钛P25。