[發明專利]一種全面揭示廢水不同有機物光催化降解難易程度的方法

有效

• 申請號: 202110017375.9
• 申請日: 2021-01-07
• 公開（公告）號: CN112850843B
• 公開（公告）日: 2022-01-18
• 發明（設計）人: 沈文浩;林志峰;李姣;奚紅霞
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C02F1/32
• 分類號: C02F1/32;C02F1/72;C02F9/04;G01N21/31;G01N30/02;G01N30/06;G01N1/44;G16C10/00;C02F101/30;C02F1/52;C02F103/28;C02F101/34
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 宮愛鵬

1.一種全面揭示廢水不同有機物光催化降解難易程度的方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、通過納米TiO₂絮凝-光催化和SBR-光催化降解廢水的實驗，研究兩個處理工藝對廢水有機物的降解效果；

S2、采用GC-MS分析光催化前后有機物的相對含量和去除率，研究兩個處理工藝對廢水有機物的降解難易程度；

S3、模擬具有不同降解程度的有機物在TiO₂表面的吸附行為，研究影響它們吸附難易程度的機理；

S4、分析不同有機物的光催化反應機理，研究它們光催化反應的難易程度；

S5、模擬不同有機物對TiO₂能帶結構和態密度分布的影響，研究影響它們光催化反應難易程度的機理；

S6、綜合以上步驟S1、S2、S3、S4、S5中的光催化降解實驗結果、GC-MS分析結果、密度泛函理論DFT吸附模擬結果、光催化反應機理分析結果和DFT光催化模擬結果，確定廢水中不同有機物光催化降解難易程度的機理；

所述的步驟S3過程如下：

用材料模擬軟件構建由72個原子組成的銳鈦礦型TiO₂(101)面的周期性表面模型，其尺寸為其中為長度計量單位，比納米小一個數量級；采用的真空層構建表面模型；采用密度泛函理論DFT方法對銳鈦礦型TiO₂(101)面的表面模型進行幾何優化，以獲得穩態結構；

構建不同降解程度的有機物分子結構模型，并用密度泛函理論DFT方法進行幾何優化，確保分子能量達到平衡狀態；

采用密度泛函理論DFT方法研究不同降解程度的有機物與TiO₂(101)表面穩態結構的相互作用能和相互作用方式，分析它們在TiO₂(101)表面穩態結構的選擇吸附位、吸附類型和吸附構型；并根據計算的吸附能大小判斷不同吸附構型發生的可能性，比較吸附構型的穩定性和吸附能力強弱，確定不同降解程度的有機物在TiO₂(101)表面的吸附最穩態；根據它們在TiO₂(101)表面的吸附最穩態所對應的吸附能大小，總結出不同降解程度的有機物在TiO₂表面吸附的難易程度；

所述的步驟S3中，所構建的銳鈦礦型TiO₂(101)表面模型，不同降解程度的有機物分子結構模型，以及不同降解程度的有機物在TiO₂(101)表面穩態吸附構型的幾何優化，均在基于密度泛函理論DFT方法的Materials Studio材料模擬軟件的CASTEP模塊中完成，且選取廣義梯度近似GGA/PBE函數作為交換相關函數；

所述的步驟S4過程如下：

列出不同降解程度的有機物的光催化反應歷程，分析羥基自由基氧化有機物的光催化反應機理，總結出不同降解程度的有機物在TiO₂催化劑表面的光催化反應的難易程度；

所述的步驟S5過程如下：

基于步驟S3中不同降解程度的有機物的最優吸附構型，采用密度泛函理論DFT方法進一步模擬TiO₂催化劑的能帶結構和態密度分布，并根據計算的禁帶寬度大小比較吸附構型的光催化反應能力，總結出不同降解程度的有機物在TiO₂催化劑表面的光催化反應的難易程度。

2.根據權利要求1所述的一種全面揭示廢水不同有機物光催化降解難易程度的方法，其特征在于，所述的步驟S1過程如下：

光催化降解絮凝出水或SBR出水：將廢水泵入調節池，使納米TiO₂膠體與廢水樣品充分接觸；采用外循環對廢水進行曝氣；調節TiO₂的用量0.25-2.0g/L、pH值3-11和液位；隨后將廢水泵入臥式光催化反應器，打開紫外燈，開始光催化實驗；光催化后，將出水樣品離心；

廢水樣品的COD檢測：以重鉻酸鉀、硫酸汞和濃硫酸為消解液，硫酸銀為催化劑，不同量的鄰苯二甲酸氫鉀為標準溶液，得到廢水樣品的COD和吸光度的標準曲線；測定經過消解的廢水樣品的吸光度，根據吸光度和COD的標準曲線確定COD值；根據光催化降解實驗結果總結得出，在不同TiO₂用量和pH值下，TiO₂絮凝-光催化和SBR-光催化兩個處理工藝對各種廢水有機物的降解效果。