太阳光辅助大-介孔钛膜电催化处理丙烯腈废水的应用研究

针对废水处理技术中电催化成本高和光催化反应慢的难题，本申请利用太阳光降低电催化能耗，电催化弥补光生"空穴"氧化能力不足，以提高太阳光辅助电催化效率为目标，组装高活性和长寿命的新型太阳光辅助电催化材料，以此构筑强制传质大-介孔钛膜反应器并开展处理丙烯腈废水的应用研究。具体在多孔钛金属表面制备掺N介孔TiO2薄膜，通过浸渍法将电催化活性物质组装到介孔TiO2孔道中，形成"电中有光，光中有电"的光催化和电催化物质紧密交织的网络状高效太阳光辅助电催化新材料。研究材料组成、微-纳结构和表面性质对于太阳光辅助电催化性能的影响规律，阐明光辅助电催化反应协同增强作用机制，研究丙烯腈废水浓度、离子强度、传质方向和速率、电极电位、光强对光辅助电催化钛膜反应器性能的影响规律，获得强制传质太阳光辅助电催化处理丙烯腈废水性能优化的实验数据，为高效率低能耗光辅助电催化处理丙烯氰废水提供理论基础和技术途径。

进入21世纪以后 ，环境问题是人类社会面临和亟待解决的重大课题。丙烯腈(AN)为无色有毒液体，并且还是重要的有机化工原料，广泛应用于合成化学、合成纤维和合成橡胶等许多工业领域。但是在工业应用过程中产生的丙烯腈废水本身有毒有害并且还具有难降解的特性, 所以很难用传统的生物方法和物化方法将其进行合理有效的处理。目前含腈(或氰)废水的处理在国内外已经倍受关注。本项目针对废水处理技术中电催化成本高和光催化反应慢的难题，利用太阳光降低电催化能耗，电催化弥补光生"空穴"氧化能力不足，以提高太阳光辅助电催化效率为目标，成功制备出新型钛基光辅助电催化材料和组装高活性和长寿命的新型太阳光辅助电催化材料，以此构筑强制传质大-介孔钛膜反应器并开展处理丙烯腈废水的应用研究。用此反应器降解200ppm丙烯腈废水时，槽压6V、流速4L/min时降解180min后，丙烯腈去除率可达到91%，COD去除率可达到61%。并且研究结果已在国际SCI学术期刊上发表学术论文15篇，申请专利9项，并建立了中试装置。研究充分表明，太阳光辅助大-介孔钛膜电催化方法具有普适性，易于推广。能够高效、环保地处理有毒、难生物降解的丙烯腈废水。