粉煤灰负载氧化钛基三维电极处理兰炭废水及宏观动力学研究

This project is aiming to resolve the problem that conventional TiO2 powder in photocatalytic system can easily aggregate and photogenerated electron-hole pairs have high recombination rate in the wastewater treatment. On the basis of "treat waste with waste", The granular material of metal ion-doped TiO2 immobilized on modified fly ash is prepared and packed into the electrochemical reactor, which is utilized to develop fly ash-supported TiO2-based three-dimensional electrodes system to treat simulated wastewater and semi-coking wastewater. The characteristic of multi-action compatibility, controllability and practicability in this system would be verified, the effects of static and dynamic loop conditions in the wastewater treatment would be investigated and optimized, the mechanism of fly ash-supported TiO2-based three-dimensional electrodes in wastewater treatment would be clarified, the macrokinetics model during wastewater treatment process would also be established, and the performance of fly ash-supported TiO2-based three-dimensional electrodes for wastewater treatment would be estimated systematically from a combination of theoretical and experimental perspective, which is expected to developed a new efficient semi-coking wastewater treatment process. It is of great importance to meet the special production requirements of the Energy Resources and Chemical Industrial Base in Northern Shaanxi Province.

本项目针对光催化处理废水时氧化钛粉体易于团聚、光生电子-空穴对复合率较高的问题，从"以废治废"的实验设计出发，将负载金属离子掺杂氧化钛的改性粉煤灰制备成颗粒状物料，并填充于电化学反应器中,从而构筑用于模拟废水和兰炭废水处理的粉煤灰负载氧化钛基三维电极体系，验证粉煤灰负载氧化钛基材料作为三维电极所具有的多作用兼容性、可调控性和实用性，考察静态和动态循环下不同处理条件对废水处理效果的影响并对其进行优化，阐明粉煤灰负载氧化钛基三维电极处理废水的机理，建立处理过程的宏观动力学模型，从理论和实验相结合的角度系统研究粉煤灰负载氧化钛基三维电极处理废水的影响规律，以期建立一种高效的兰炭废水处理新体系，它对于满足陕北能源化工基地特殊的生产需求有着极其重要的作用。

本项目针对兰炭废水氨、酚浓度较高、氧化钛基光催化剂易于团聚等缺点，利用酸碱浸提后的粉煤灰负载金属离子掺杂的氧化钛，充分运用三维电极传质速度高的特性，在电化学作用下分别处理含酚、氨氮模拟废水和实际兰炭废水，构筑了粉煤灰负载氧化钛基三维电极体系。采用SEM、TEM、XRD、XPS等手段研究了制备的氧化钛基材料及粉煤灰负载氧化钛基材料的性能，考察了电流强度/电压、初始pH、粒子投加量、曝气等操作条件对废水处理效果的影响，通过响应曲面法优化预测了废水的最佳操作条件；以水杨酸为探针，采用空白实验，对废水处理过程中产生的羟基自由基进行了探究，分析了废水处理过程中pH值、电解电压、电解质种类、填充粒子量、是否曝气等因素对∙OH生成量的影响，验证了粉煤灰负载氧化钛基三维电极处理废水的多作用兼容性、可调控性和可行性，获得了粉煤灰负载氧化钛基三维电极处理兰炭废水的条件与规律，最后在建立静态处理模拟含酚废水、氨氮废水宏观动力学模型基础上，设计并研发了可用于动态循环废水处理的电化学小试装置，为进一步研究废水分级处理提供了理论和技术支撑。.本项目基本上按照预定计划进行，截止目前为止，本项目共发表学术论文19篇，其中SCI源论文10篇、EI源论文12篇，申请专利16 项，授权发明专利1项、实用新型专利7项，形成了一个从事水处理技术及动力学研究的科研梯队，取得了预期的成果。.本项目研究结果开创了一种废水处理新体系，将为榆林兰炭产业减少环境污染提供有益参考，它对于满足陕北能源化工基地特殊的生产需求有着极其重要的作用。