光催化降解苯酚废水的实验方案

紫外光及日光下天然金红石光催化降解苯酚的研究紫外光及日光下天然金红石光催化降解苯酚的研究引言：苯酚是一种常见的有机污染物，具有毒性和臭味，对环境和人体健康造成潜在威胁。

开发高效、环境友好的降解方法对于处理苯酚污染具有重要意义。

近年来，光催化技术作为一种潜在的处理方法备受关注。

本文将重点研究紫外光及日光下天然金红石对苯酚进行光催化降解的方法和机制。

1. 紫外光及日光下天然金红石的特性1.1 紫外光特性紫外光属于电磁辐射的一部分，波长范围从10纳米到400纳米。

紫外光具有较高能量，能够激发物质产生电子跃迁和化学反应。

1.2 天然金红石特性天然金红石是一种常见的半导体材料，其晶体结构可以吸收可见光和紫外光，并产生电子-空穴对。

这些电子-空穴对在光催化反应中起到重要作用。

2. 紫外光及日光下天然金红石光催化降解苯酚的方法2.1 光催化反应装置为了研究紫外光及日光下天然金红石的催化效果，需要建立一个合适的光催化反应装置。

该装置通常包括紫外灯、天然金红石样品、苯酚溶液和反应容器。

2.2 反应条件优化在进行光催化降解实验之前，需要对反应条件进行优化。

确定最佳pH 值、溶液浓度、温度和反应时间等参数，以提高降解效率。

3. 紫外光及日光下天然金红石光催化降解苯酚的机制3.1 光生电荷对的产生当紫外光或可见光照射到天然金红石表面时，其能带结构发生改变，产生电子-空穴对。

这些电子-空穴对可以参与后续的催化反应过程。

3.2 苯酚降解过程在紫外光或可见光的激发下，天然金红石表面的电子-空穴对会与苯酚分子发生反应。

电子可以被苯酚吸收，形成具有较高能量的激发态苯酚分子。

激发态苯酚分子很容易与氧气或其他氧化剂反应，产生自由基并最终降解为无害物质。

4. 研究进展和挑战4.1 研究进展近年来，许多研究已经证明了紫外光及日光下天然金红石在苯酚降解中的有效性。

一些研究还探索了不同条件下的催化效果，并提出了一些改进方法以提高降解效率。

4.2 挑战和未来展望尽管紫外光及日光下天然金红石光催化降解苯酚具有潜在的应用前景，但仍存在一些挑战。

光催化氧化降解苯酚和氨氮共存废水研究的开题报告一、研究背景苯酚和氨氮是工业废水中常见的有毒有害物质，对环境和人体健康都有一定的危害。

近年来，光催化氧化技术因其高效、无污染等优点受到人们的广泛关注和研究。

然而，他们通常同时存在于工业废水中，而且它们对光催化氧化的机理不尽相同，因此需要针对这种情况进行深入研究。

二、研究目的本研究旨在探讨光催化氧化技术在降解苯酚和氨氮共存废水中的应用，分析苯酚和氨氮在光催化氧化过程中的协同作用，并寻求最佳光催化降解条件，以提高工业废水治理效率。

三、研究内容1. 构建光催化氧化实验装置，选择合适的催化剂和光源。

2. 确定实验参数：光源波长、反应温度、初始苯酚和氨氮浓度等。

3. 通过单因素实验及正交实验，优化反应条件。

4. 分析苯酚和氨氮在光催化氧化过程中的降解机理。

5. 探讨不同催化剂对苯酚和氨氮降解效果的影响。

四、研究意义1. 通过研究不同反应条件下苯酚和氨氮的降解效果，为企业提供工业废水治理方案的依据。

2. 丰富光催化技术应用领域，为环境保护事业做出贡献。

3. 为光催化氧化技术的进一步研究提供参考价值。

五、研究方法本研究主要采用实验室模拟废水体系，在光催化反应装置中，以苯酚和氨氮为共存废水模拟物，测定不同反应参数下的废水处理效率。

并结合理论分析，寻找最佳处理条件，分析苯酚和氨氮在光催化氧化过程中的降解机理。

六、研究难点光催化氧化苯酚和氨氮共存废水在实验上存在复杂性，难以剖析其相互作用及机理。

同时，不同催化剂在处理废水时会产生不同效果，并且会受到反应参数的影响。

如何在光催化氧化反应中，找到最佳的催化剂和反应条件，提高废水处理效率是需要解决的难题。

七、预期结果通过本研究，可以确定苯酚和氨氮在光催化氧化反应中的相互作用及机理，并分析不同催化剂和反应参数对废水处理效率的影响。

预期可以找到最佳的处理条件，进一步提高工业废水的治理效率，并为光催化氧化技术在废水处理领域的应用提供更为可靠的实验结果和理论基础。

光催化降解苯酚废水的研究指导老师副教授【摘要】以TiO2 为光催化剂，以紫外灯为光源，在自制的光催化反应装置中进行苯酚溶液的光催化降解实验，并且考察了催化剂用量、苯酚初始浓度、PH值、光照强度等因素都对苯酚光催化降解的影响。

结果表明：其最佳工艺条件为：苯酚浓度在10mg/L ，pH=7，TiO2用量为1. 0 g/L，紫外灯波长为254 nm，反应时间4h时降解效果最佳。

关键字：TiO2 光催化，降解苯酚影响因素1、前言酚是一类常用的化工原料,是一类很难降解的化合物，具有致癌、致畸、致变的潜在毒性[1]，因而含酚废水来源十分广泛,对人类健康带来十分严重的危害。

苯酚是含酚废水中常见的污染物,有效处理苯酚废水已经是环保方面的一个重要课题[2]。

光催化氧化降解苯酚以其高效、稳定以及无二次污染等特点[3],已成为近年来环保领域一种新型的污染治理技术。

1.1苯酚废水来源及危害1.1.1、苯酚废水的来源苯酚是重要的化工基本原料及中间体，是一种高毒物质,工业常用于制染料合成树脂、塑料、合成纤维和农药、水杨酸等[4]，日常生活中也常用于杀菌消毒、做防腐剂等。

因而苯酚废水在我们这个工业发达的国家来源非常广，且数量多，主要来自于炼油、煤气洗涤、炼焦、造纸、合成氨、木材防腐、石油化工、化学、制药、油漆、涂料、塑料农药等企业的生产废水中[5]。

苯酚微溶于水，在使用和生产苯酚的过程中，一定溶有部苯酚, 成为对人体有害的苯酚废水。

1.1.2、苯酚废水的危害苯酚是一种对一切生物个体都有毒害的物质，低浓度酚能使蛋白质变性,高浓度能使蛋白质沉淀，具有致癌、致畸、致变的潜在毒性，对皮肤、粘膜有强烈的腐蚀作用。

它通过皮肤、黏膜的接触而吸入或经过口腔侵入生物体内，与细胞皮浆中的蛋白质接触后形成不溶性蛋白质而使细胞失去活性，尤其对神经系统有较大的亲和力，使神经系统发生病变或损害肝、肾功能[1]。

同时苯酚对水源和水生生物也能产生严重的影响。

科 技 天 地60INTELLIGENCETiO 2光催化氧化处理苯酚废水的研究沈阳师范大学 郑志国 李 娜摘 要：本文以为光催化剂，在紫外光的照射下，降解处理低浓度苯酚模拟废水。

考察了温度、pH、流量对苯酚降解过程的影响。

结果表明：当苯酚浓度固定为40mg/L，光催化剂浓度为1.0g/L 时，最佳反应参数是温度60℃，流量120L/h，酸性条件。

关键词：光催化作用 苯酚 二氧化钛一、引言光催化氧化法消除和降解污染物是近年来环境保护技术中的一个研究热点，光催化氧化结构简单、操作条件容易控制、氧化能力强、无二次污染，是一种具有广阔应用前景的水处理技术。

做催化剂的光催化氧化法因其光稳定性好、化学稳定性高、无毒且成本低，己成为目前最引人注目的环境净化材料。

酚类是一种重要的工业原料，广泛应用于化工、杀虫剂、杀菌剂、防腐剂、和造纸等工业，具有恶臭、异味和高度毒性，是重要的有机污染物之一。

本实验用光催化氧化法对苯酚的降解进行了研究。

二、光催化反应设备用于测定催化剂性质及光催化反应动力学的装置如图1所示：图1 光催化氧化反应装置图Fig 1 Chart of photo-catalytic reaction equipment 实验设备技术参数如表1所示。

表1装置技术参数Tab.1 Techno-parameters of the equipment紫外光波长253.5nm 紫外光功率20W紫外光电压220V 循环水方向由下至上循环水泵功率370W 循环水泵电压220V 循环水泵形式自吸式容器体积5L实验过程中，在容器中配置模拟废水(废水体积必须大于照射反应管的有效容积)， 并加入光催化剂（）以及辅助催化剂（）之后，搅拌均匀使粉末处于悬浮状态。

然后打开控制器面板上的电源及循环泵开关，并调节转子流量计的大小，使模拟废水以一定的流速在紫外光处理器与反应容器之间构成循环。

一段时间之后打开紫外灯开关，进行有机物的紫外光催化降解（反应过程中需要更换冷却水浴以控制体系温度）。

光催化分解苯酚废水的研究废水是现代社会面临的一个不容忽视的问题。

苯酚废水是其中最为棘手的一种，它对环境和人体都具有严重危害。

因此，如何对苯酚废水进行有效的治理和处理已成为环保科研工作者的一项重要课题。

传统的苯酚废水处理方法如生化法、物化法和膜分离法等，均存在着一定的缺陷。

例如生化法需要长时间的处理过程，效率低下；物化法则难以降解一些有毒有害成分，如重金属等；而膜分离法则耗能较大，难以运用于工业规模废水处理中。

因此，探索一种可行的、高效快捷的苯酚废水处理新方法成为了当务之急。

光催化分解苯酚废水逐渐被科研工作者们看做是一种效率更高、更为环保的处理方式。

近年来，随着光催化技术的不断发展，光催化分解苯酚废水的研究也在不断地进行。

据研究人员的介绍，光催化处理苯酚废水的核心在于利用光催化剂的光催化作用，将苯酚废水分子分解为无害的物质。

而这个过程则需要以一定的光照强度进行处理。

目前有多种常见的光催化剂，如TiO2和ZnO等，这些光催化剂可以将废水中的苯酚分子进一步氧化为CO2和H2O等化学物质，并且这些副产物也并不会对环境造成二次污染。

通过对光催化分解苯酚废水的实验研究发现，光照时间、光强度、光催化剂的类型、pH值等因素均会对废水的处理效果产生一定的影响。

科研工作者们针对这些影响因素展开了一系列的实验，并提出了一些提高光催化降解效率的方法。

比较常用的一种方法是掺入金属氧化物或其他材料制成复合材料作为光催化剂。

以钛酸酯为模板、钛酸丁酯为前驱体制备的TiO2复合材料，可以具有更高的反应速率和更佳的光催化效果。

同时，利用Fe3+和Ni2+等金属离子催化剂可显著提高光催化废水处理效率，使其较原先有较大提高。

此外，在实际应用中，光催化分解苯酚废水还面临着一些挑战。

比如光催化剂的选择、负载材料的耐久性、光催化剂的回收利用等问题。

在这些方面的研究都需要不断地进行优化和改进，以更好地实现对苯酚废水的有效处理和利用。

总之，光催化分解苯酚废水是一种研究前景广阔、具有深远意义的废水处理新方法。

TiO2—活性炭组合光催化降解苯酚废水1 试验方法1.1 试剂TiO2主要晶型为锐钛矿形(70%)，颗粒粒径为30nm，表面积为50m2/g；苯酚为分析纯；活性炭颗粒平均粒径为70μm，比表面积为870m2/g。

1.2 反应器光反应器为一有机玻璃管，内径为5cm，管内壁衬铝箔片以反射紫外光，中部放置外套石英玻璃的8W 杀菌灯，主波长为254nm，反应器有效容积为300mL(见图1)。

1.3 分析方法在一普通烧杯中加入定量含酚废水，再分别加入定量TiO2和活性炭，超声波分散15min后搅拌1h以完成对苯酚的完全吸附，然后加入光反应器开始反应，每隔一定时间取样进行分析。

苯酚含量的测定采用4-2 结果与讨论2.1 单纯TiO2悬浮体系降解苯酚① TiO2投量及pH值对去除率的影响分别取不同量TiO2颗粒置于苯酚浓度为50mg/L的待处理废水中，用20%硫酸溶液调废水至不同pH值，再经超声波分散15min后加入光反应器，定时取样分析残留苯酚浓度，结果分别见图2、3。

图2表明,TiO2的投量对光催化降解苯酚具有明显的影响，在一定范围内苯酚去除率随TiO2投量的增加而增大。

对于苯酚初始浓度为50mg/L的体系，其最佳TiO2投量为150mg/L。

图3反映的结果与Bahneman等人[1]采用TiO2降解CHCl3的试验结果(碱性条件下CHCl3的降解率高于酸性条件下的降解率)相反，这说明对于不同污染物的光催化降解，pH值的最佳范围不同，但其作用均较为显著。

图2、3的试验结果也表明，苯酚的光催化降解为典型的零级反应，这与Langmuir—Hinshelwood公式[2]所描述的一致。

②外加氧化剂的作用以溶解氧及H2O2作为外加氧化剂，研究了其对苯酚光降解过程的影响，结果见图4、5。

由图4、5可知，在光催化氧化过程中，溶解氧的存在有利于污染物的去除。

尽管TiO2粒子受紫外光激发后产生的空穴具有直接的氧化能力，但由于电子与之复合速率快而降低了其量子效率，在溶解氧存在的条件下，O2可作为电子受体而抑制电子—空穴的复合，从而促使污染物氧化降解。

专业综合性实验实验名称 紫外光降解苯酚废水实验一、实验目的1. 了解光催化氧化降解有机废水的机理；2. 了解紫外光催化装置，熟悉光催化处理废水的工艺流程；3. 了解光催化动力学参数测定的意义，并探讨不同实验条件下光催化降解的效果。

二、实验原理光催化氧化法氧化能力强，要求的反应条件温和，是目前处理含低浓度难降解有机物废水的一种高级氧化法。

光催化氧化法，是以N 型半导体的能带理论为基础。

当能量大于带阵能量Eg （TiO 2的Eg 为3.2eV ）的光照射半导体催化剂时，价带（Valency band ）上电子被激发，跃过禁带进入导带(Conduction band)，形成高活性电子（e －），并在价带上产生带正电荷的空穴（h ＋），从而引发反应。

以TiO 2为例说明：TiO 2 ＋ h ν = h ＋+ e －水溶液中的光催化氧化反应，在半导体表面失去的电子主要是水分子，水分子经一系列变化后产生氧化能力极强的羟氧自由基（·OH ），可以氧化各种有机物，并使之矿化为CO 2。

TiO 2是常用的光催化剂 ，主要有锐钛型和金红石型两种晶型。

二氧化钛的化学性质和光化学性质十分稳定，无毒价廉，货源充足。

TiO 2是一种半导体氧化物，它有充满电子的价带和缺电子的导带，在光照下价电子上留下的空穴有氧化性，导带上的电子具有还原性，降解物在TiO 2表面发生氧化还原后，价带又得到电子，光再次照射时，价带上电子又同样发生跃迁，故将使用过的TiO 2通过过滤收集起来，在阴暗处自然晾干，重复使用，不影响其催化活性。

影响二氧化钛光催化氧化过程的因素有很多，主要有：光催化剂的性质和结构、光催化剂的投加量、废水的pH 值和浓度等。

研究表明，TiO 2为催化剂的光催化氧化反应速率r o 可用Langmuir-Hinshelwood 描述：KC kKC r +=1 （1）kCkK r o1111+=（2）式中：C －反应物浓度，mmol/L; K －表观吸附平衡常数，L/mmol ； k －表面反应速率常数，mol/h 。

二氧化钛光电催化水处理研究一、实验目的1、了解二氧化钛催化电极的制备方法及工艺。

2、了解二氧化钛电极催化降解含苯酚废水的方法、测试步骤及降解效果分析方法。

二、实验原理半导体二氧化钛材料凭借其较深的价带能级使得电子外层电子结构变得极其特殊。

每当二氧化钛半导体受到能量大于带隙能量的光照射时，处于二氧化钛价带（VB）上的电子就可以被激发跃迁到导带（CB）上，导带上便生成了具有高活性的电子，带正电荷的空穴（h+）相应生成于价带上，这就形成了氧化-还原体系反应的基础。

溶解在水中的游离氧和水能够分别与电子和空穴结合，最终产生具备高活性和强氧化性能力的OH·自由基，OH·自由基可以氧化许多不易被降解的有机污染物。

由于TiO2半导体的导带对高活性电子的捕获能力也非常有限，高活性电子与光生空穴极容易进行再复合。

添加外加电场，利用其外加电场的阳极，高活性电子很容易地捕获，光生空穴和高活性电子进行再复合得到抑制，从而对光催化降解效率非常有益。

三、实验所需的仪器及药品导电玻璃（ITO，江苏金坛康达克应用薄膜中心），厚度1.1mm，15Ω/cm2，浓硝酸、钛酸四丁酯、异丙醇、聚乙二醇800、氢氧化钾、无水乙醇、硫酸钠、苯酚溶液均为分析纯，实验用水为二次蒸馏水。

超声振荡器、搅拌器、油浴锅、旋转蒸发仪、马弗炉、电化学工作站、石英滤光管、高压汞灯、吸光光度仪、四、实验内容及步骤1、纳米TiO2电极的制备（1）导电玻璃的预处理：将导电玻璃在KOH异丙醇饱和溶液中浸泡12h除去表面油。

二次蒸馏水冲洗后,依次在水、无水乙醇中超声振荡清洗15min，用无水乙醇冲洗，氮气吹干。

（2）醇盐水解法制备多孔TiO2膜：2ml浓HNO3稀释于150ml H2O中，剧烈搅拌。

将12.5ml钛酸四正丁酯、4.0ml异丙醇配成的混合溶液以1滴/5 s的速率缓慢均匀滴加，避免出现粒子团聚。

升温至75℃恒温5h。

所得胶体经旋转蒸发浓缩，加入适量聚乙二醇800，得到TiO2浆料。

光催化降解水中苯酚的研究进展水是人类生活中必不可少的资源，但随着工业、农业、生活污水等的不断排放，水污染问题越来越严重。

苯酚是一种常见的水污染物，对人类的健康和环境都会造成很大的危害。

如何有效地降解水中苯酚，成为了环境科学和工程领域的研究热点。

光催化技术因具有高效、环保和低成本等优点，在光催化降解水中苯酚的研究领域也得到了广泛关注。

一、光催化降解水中苯酚的原理光催化技术是一种化学反应活化能较低的方法，它基于光催化反应原理，通过光源的激发使得光催化剂在激发态下和污染物发生反应。

在水中苯酚的降解过程中，光源的作用是激发光催化剂，光催化剂在激发态下与水溶液中的氧气、水分子产生活性基团，与苯酚分子反应，形成一系列的中间体，最终被降解为无害的物质。

二、光催化降解水中苯酚的光催化剂光催化降解水中苯酚的过程中，光催化剂的选择对降解效果有着重要的影响。

当前常用的光催化剂有半导体类和金属有机框架类两种。

半导体类光催化剂，如二氧化钛( TiO2)、银氧化物(Ag2O)等，具有高效和稳定等特点，是应用最广泛的光催化剂。

其中，二氧化钛还可根据其晶体相和形貌进行进一步分类，如纳米晶体相的二氧化钛光催化剂具有更高的光催化性能。

金属有机框架类光催化剂，是近年来新兴的光催化剂，它是以金属离子有机配体为基础构成的多孔晶体，具有可控性强、反应活性高等优点。

例如，铜-间苯二甲酰亚胺(TPCu)材料在光催化降解苯酚的探索中呈现出了很好的反应催化活性。

在实际应用中，针对具体需要，可以选择合适的光催化剂，以提高降解效率和经济性。

三、光催化降解水中苯酚的影响因素光催化降解水中苯酚的效率受多种因素的影响，包括光催化剂的种类、光源的波长和强度、反应溶液的初始浓度和pH值、温度、氧气浓度等。

有关研究表明，光催化降解苯酚的过程中，高波长的酸性紫外线能量最大，可显著提高反应的效率；反应溶液的初始浓度越高，反应速率就更快，但过浓时会影响光源穿透度和催化剂活性等因素；溶液的pH值在一定范围内变化对反应过程的影响较小，但在超出一定范围后反应会明显降低，这是因为酸碱度对反应中产生和积累的活性中间体分子的荷电性和稳定性产生影响。