负载型二氧化钛/石墨烯光催化降解有机复合污染物作用机制研究

The purification of organic multi- pollutants is a hot issue in drinking water treatment and the material development of support TiO2 decorated graphene as well as it photocatalytic degradation of organic multi- pollutants is a recent new proposed research. There is few reports on material development of support TiO2 decorated graphen to be used for degrading organic pollutants involved in drinking water field with low concentration, complicated water features and difficult removal of organic multi- pollutants. According to preliminary study, the investigation to explore the responding relation between the material features and photocatalytic reaction is performed via the novelty of N doped method for the purification of organic multi- pollutants. The different development course of support TiO2 decorated graphene is investigated to test its photocatalytic performance so as to establish the method of support TiO2 decorated graphene with high property. Then, the photocatalytic degradation of organic multi- pollutants relevant to its photocatalytic activity is studied to clear the mechanism and the reaction pathway. The key technique is put forward to control the main reaction course and influencing factors of photocatalytic effect. The control method to attain high mass transfer status is investigated to ensure the cooperation between upport TiO2 decorated graphene and other water treatment unit in purifying pollutants.

饮用水处理中有机复合污染物的净化是行业关注热点，近年来负载型TiO2/石墨烯材料制备及其光催化降解有机物的机理是水处理领域研究的前沿课题。在饮用水水质范畴（污染浓度低，有机复合污染水质复杂、难去除），TiO2/石墨烯复合材料研发及其基础研究尚未系统开展。在前期研究工作的基础上，针对饮用水源的有机复合污染问题，以氮掺杂为突破，揭示材料特性与光催化作用的响应关系，通过研究不同制备方法下负载型TiO2/石墨烯材料的光催化性能，研制针对复合有机污染物去除的高性能光催化材料；基于制备的光催化材料，以有机复合污染物在光催化体系中的降解机理与光催化活性敏化效应研究为突破，明确其光催化降解有机物的反应途径与作用机理；针对主要反应路径和光催化效率的影响因素进行控制研究，构建高效光催化的激发作用控制原理；基于负载型TiO2/石墨烯光催化反应器与水处理其他工艺净化污染物的协同作用，建立高效传质及其关键控制技术。

饮用水处理中有机污染物的净化是行业关注热点，近年来负载型TiO2/石墨烯材料制备及其光催化降解有机物的机理是水处理领域研究的前沿课题。针对饮用水源水中复合污染的有机物基本种类及特征，以氮掺杂为突破，基于水热法和电化学法等，分别优化制备了氮掺杂TiO2/石墨烯（NTG）、氮掺杂石墨烯/TiO2（NRGT）粉末状催化剂、负载型聚砜膜/氮掺杂TiO2/石墨烯（NTG-M）、聚砜膜/氮掺杂石墨烯/ TiO2（NRGT-PSF）、四氧化三铁/氮/TiO2/石墨烯（FTNG）催化剂和固定化氮掺杂TiO2/石墨烯（ENTG）膜催化剂等，并对上述催化剂的理化性状进行了表征；探究了NTG、FTNG和ENTG在光催化过程中吸附与自由基氧化的协同作用机制和自由基产生机理。通过环境条件和反应条件等调控变化，研究催化剂投加量、温度、pH值、光源和光照强度等影响因素及其对有机污染物光催化作用的响应关系，构建了高效光催化激发作用控制原理。以负载型催化剂在水处理中应用为目标，考察了负载型NTG-M催化剂在实际应用过程中光催化和膜过滤的协同作用及其稳定性，以及将ENTG光催化作为饮用水预处理或与后续工艺结合的可行性,构建了饮用水处理中TiO2/石墨烯光催化关键集成技术系统。研究表明，以聚砜膜作为载体时，适当纳米颗粒的加入可以提高膜的亲水性、增加膜表面的粗糙度，以四氧化三铁为载体时，光催化与超声技术的联用可以使催化剂发挥更好的降解能力（120min, ~100%）。负载型催化剂的光催化程度低于未负载的粉末状催化剂。为解决上述问题，研发了固定化ENTG光催化薄膜，其尺寸和膜状结构既能保证催化剂回收，又能实现对污染物的高效降解。以ENTG作为预处理时，320min对20mg/LHA的TOC去除率达到100%，显现出具有良好的水处理技术特性。.本项目发表论文10篇，其中SCI8篇、会议论文1篇，中文核心1篇；申请发明专利5项，其中授权1项。