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微波辅助光催化-膜蒸馏降解活性黑的研究

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【中文关键词】微波辅助光催化-  膜蒸馏反应器  TiO2投加量  膜蒸馏  
【摘要】采用微波无极灯为光源,提出微波辅助光催化-膜蒸馏反应器,用于水中活性黑5号的降解研究。系统考察TiO2投加量、温度及溶液初始pH对活性黑降解效率及膜蒸馏产水通量的影响,在此基础上开展活性黑的脱色矿化与产水水质研究。
【部分正文预览】

催化剂的分离与回收是制约TiO2悬浆光催化技术的关键问题之一。近年来发展的光催化- 膜反应器,可解决光催化过程中TiO2的回收问题,其原理在于通过膜分离过程来实现TiO2悬浆光催化过程中催化剂的分离与回收[1]。根据处理对象及处理目标的不同,可分为光催化- 微滤反应器[2-4],光催化-超滤反应器[5-6]及光催化-纳滤反应器[7-8]。大量研究结果表明,光催化- 压力驱动膜反应器可在一定程度上实现TiO2与水溶液的分离,但在压力驱动下,TiO2在膜表面的沉积引起的膜污染普遍存在,以微滤与超滤尤为严重。此外,微(超)滤,甚至纳滤,并不能实现对光催化降解过程中产生的小分子物质的有效截留,严重影响产水水质。

基于疏水膜分离过程的光催化-膜蒸馏反应器的提出,有望克服传统光催化- 压力驱动膜反应器的弊端。膜蒸馏是利用疏水微孔膜两侧蒸气压差为驱动力的膜分离过程,与压力驱动膜分离过程相比,具有膜污染低、产水水质高的特点[9]。目前,关于光催化- 膜蒸馏反应器报道较少。Mozia 等人提出膜蒸馏- 光催化反应器,以传统紫外灯为光源,采用直接接触膜蒸馏来实现污染物的降解与光催化剂的分离回收。研究结果表明,TiO2 的加入并未引起膜蒸
馏产水通量的下降,可基本实现对TOC、TDS 和无机离子的全部截留,产水水质稳定[5,10-14]。与光催化-压力驱动膜分离过程相比,光催化- 膜蒸馏反应器表现出显著的优势。
 
在Mozia等人研究的基础上,本研究提出以微波无极灯为光源的微波辅助光催化- 膜蒸馏反应器,旨在低膜污染下实现高浓度污染物的降解和TiO2的回收。微波无极灯作为一种新型光源,表现出显著的光催化效果,且与传统紫外灯相比,微波无极灯具有光催化效率高,制造容易、价格低廉、反应器简单等优点[15]。一般情况下,以传统紫外灯为光源的光催化过程可有效降解的染料浓度通常为50mg/L以下,而以微波无极灯为光源的光催化过程,能有效削弱高浓度污染物对降解的负面影响,可直接降解的染料浓度比传统光催化高10倍以上[16]。
 
本研究以活性黑5 号(以下简称活性黑)为目标污染物,系统考察TiO2投加量、温度及溶液初始pH对活性黑降解效率及膜蒸馏产水通量的影响,确定光催化- 膜蒸馏反应器降解活性黑的最佳操作参数,在此基础上考察活性黑的脱色及矿化效果,并对产水水质进行考察。
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