[發(fā)明專利]一種全面揭示廢水不同有機(jī)物光催化降解難易程度的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110017375.9
• 申請(qǐng)日: 2021-01-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112850843B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 沈文浩;林志峰;李姣;奚紅霞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C02F1/32
• 分類號(hào): 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(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 宮愛(ài)鵬

本發(fā)明公開(kāi)了一種全面揭示廢水不同有機(jī)物光催化降解難易程度的方法，采用光催化降解實(shí)驗(yàn)、GC?MS分析、密度泛函理論吸附能計(jì)算、光催化反應(yīng)機(jī)理分析、禁帶寬度計(jì)算，研究廢水中不同有機(jī)物光催化降解難易程度的機(jī)理。過(guò)程如下：研究納米TiO₂絮凝?光催化和SBR?光催化降解廢水的實(shí)驗(yàn)；采用GC?MS分析光催化前后有機(jī)物的相對(duì)含量和去除率；模擬不同降解程度的有機(jī)物在TiO₂表面的吸附行為；分析不同有機(jī)物光催化反應(yīng)機(jī)理；模擬不同有機(jī)物對(duì)TiO₂能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度分布的影響。本發(fā)明結(jié)合光催化實(shí)驗(yàn)、吸附和光催化模擬以及理論分析，揭示廢水中不同有機(jī)物被光催化降解難易程度的機(jī)理，為光催化氧化技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及環(huán)境化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種全面揭示廢水中不同有機(jī)物光催化降解難易程度的方法，更具體涉及一種從Materials Studio軟件模擬不同降解程度的有機(jī)物分子在二氧化鈦(TiO₂)光催化劑表面的吸附行為、光催化行為和反應(yīng)機(jī)理的多角度，結(jié)合光催化降解實(shí)驗(yàn)和GC-MS分析，多角度研究廢水中不同有機(jī)物光催化降解難易程度的機(jī)理。

背景技術(shù)

化石燃料的枯竭、城市化和工業(yè)化的快速發(fā)展伴隨著有機(jī)污染物的排放，其中造紙等工業(yè)廢水經(jīng)生化處理后仍然含有高COD和一些難降解有機(jī)物，嚴(yán)重危害生態(tài)環(huán)境和人體健康。因此，如何減少?gòu)U水中有機(jī)物的排放對(duì)造紙等工業(yè)是一項(xiàng)重要的環(huán)保問(wèn)題。由于可以轉(zhuǎn)化有機(jī)物為無(wú)毒無(wú)害的CO₂和H₂O，光催化氧化被認(rèn)為是一種具有前景的深度處理技術(shù)。TiO₂因其優(yōu)良的耐腐蝕性、穩(wěn)定性、低成本和低毒性而被廣泛應(yīng)用于廢水中有機(jī)物的分解。

雖然眾多學(xué)者在光催化降解廢水或模擬某些有機(jī)分子的吸附方面已做出很大貢獻(xiàn)，但將光催化實(shí)驗(yàn)、GC-MS分析、吸附與光催化模擬相結(jié)合來(lái)探討廢水中不同有機(jī)物光催化降解難易程度的原因，目前還未見(jiàn)報(bào)道。為了完善實(shí)驗(yàn)和理論相結(jié)合研究的不足，本發(fā)明采用基于光催化降解實(shí)驗(yàn)和GC-MS分析，歸類出廢水中不同降解程度的有機(jī)物，并基于密度泛函理論(DFT)的吸附和光催化模擬，研究不同降解程度的有機(jī)物在銳鈦礦TiO₂催化劑最常暴露的(101)表面的吸附和光催化行為，結(jié)合光催化反應(yīng)機(jī)理，從實(shí)驗(yàn)和理論的多角度闡釋廢水中不同有機(jī)物光催化降解難易程度。綜合光催化降解實(shí)驗(yàn)結(jié)果、GC-MS分析結(jié)果、密度泛函理論DFT吸附模擬結(jié)果、光催化反應(yīng)機(jī)理分析結(jié)果和DFT光催化模擬結(jié)果，多角度的研究將有助于全面了解廢水中不同有機(jī)物光催化降解難易程度的機(jī)理，從而為光催化技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展提供一種新的、有意義的、全方面的探索途徑。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，提供一種全面揭示廢水中不同有機(jī)物光催化降解難易程度的方法，利用密度泛函理論DFT從分子原子水平模擬不同降解程度的有機(jī)物分子在TiO₂表面的吸附行為和光催化行為，分析光催化反應(yīng)機(jī)理，為多角度揭示廢水中不同有機(jī)物光催化降解難易程度的機(jī)理以及光催化技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)采取如下技術(shù)方案達(dá)到：

一種基于降解實(shí)驗(yàn)、GC-MS分析、吸附模擬、反應(yīng)機(jī)理和光催化模擬全面揭示廢水中不同有機(jī)物光催化降解難易程度機(jī)理的方法，包括以下步驟：

步驟S1、通過(guò)納米TiO₂絮凝-光催化和SBR-光催化降解廢水的實(shí)驗(yàn)，研究?jī)蓚€(gè)處理工藝對(duì)廢水有機(jī)物的降解效果。該步驟具體如下：

絮凝預(yù)處理：將一定量的廢水以3000rpm離心10min，去除廢水中的細(xì)纖維和顆粒物；將600ml經(jīng)過(guò)離心的廢水與不同量的納米TiO₂膠體以240rpm快速混合3min，并調(diào)節(jié)4–10的pH值；將混合廢水樣品在75rpm下緩慢攪拌12min，并在3000rpm下離心3min；