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TiO2光电催化技术处理有机废水是当前的研究热点,目前围绕增大TiO2膜电极的表面积,选择合适的电极基底材料和电极材料的改性等方面已经做了大量的工作,但在反应器方面的研究较少,所以光催化在水处理方面的应用一直滞后。实验室研究所用的光电反应器基本上都是将光电极完全浸入反应液中,激发光需穿透很厚的液层才能到达光催化剂表面,由于有机溶液自身对激发光的吸收而引起光很大损失。为解决以上问题,本课题组首先研发了动态光阳极的转盘光电液膜反应器(Rotating disk thin-film PEC reactor, RPEC),转盘一半在反应液中,另一半在空气中,通过转盘转动,在空气中的一半电极表面形成了几十微米厚的液膜,大大减小了激发光到达光催化剂表面前的光损失、强化了溶液的传质效率。在此基础上,本课题组进一步研制了无需外加电场、阴阳极同时转动的TiO2/Ti-Cu双转盘液膜反应器(Dual Rotating disks thin-film photocatalytic (PC) reactor, DRPC),光生电子在阳极产生后,利用肖特基势垒自发转向阴极Cu转盘,并在Cu表面进一步参与染料的氧化脱色,从而提高了光电子利用率并降低了能耗。但该反应器存在光阳极钛基底造价高、双转盘装置结构相对复杂等问题。本文针对DRPC电极结构复杂、成本高等问题,设计了复合转盘光电液膜反应器(Complex Rotating disks thin-film photocatalytic (PC) reactor, CRPC),以金属圆盘为基底,一面涂TiO2膜为光阳极、另一面镀铜为阴极,从而将阴阳级双转盘复合为一,大大简化了反应器结构;且CRPC能以不锈钢作基底,降低了成本、提高了基底导电性,复合转盘电极结构中Cu阴极阻断了不锈钢基底与酸性溶液的直接接触,避免了基底被腐蚀。其主要工作如下:1.分别以钛和不锈钢为基底制备复合转盘TiO2光阳极,分别采用EDTA法和酒石酸盐法电镀制备阴极铜层,以染料溶液为目标污染物,以CRPC对染料的脱色性能评价其光电催化效率,确定了复合转盘电极的最佳制备方法。结果表明:CRPC-Steel比CRPC-Ti对染料溶液具有较好的脱色性能,CRPC-Steel和CRPC-Ti对染料脱色均具有一定的普遍性,处理RBR及其它6种染料溶液1h的脱色率分别介于35.0%-95.5%、23.5%-92.5%之间;采用EDTA盐法镀铜制得的阴极铜层比酒石酸盐法平整均匀、镀层厚、结合力好,其构成的复合转盘对RBR的脱色效率更高。2.考察了反应条件对CRPC-Steel脱色性能的影响,并将CRPC对染料废水的处理效率与DRPC进行比较。CRPC-Steel对RBR脱色的最佳反应条件为: RBR初始浓度20 mg/L,pH 2.5,Na2SO4 2.0 g /L,转速60 rpm;CRPC-Steel对易脱色染料溶液的脱色性能与DRPC-Ti相当或略低,对难脱色染料溶液的脱色性能较DRPC-Ti好,CRPC-Steel中不锈钢基底基本被铜阴极覆盖,能在一定程度上解决不锈钢易被酸液腐蚀的问题。3.在CRPC-Steel处理RBR染料废水的数据基础上,采用幂指数方程法建立CRPC-Steel对RBR染料废水脱色的动力学方程为: Ct=C0exp( -3.8781C0-0.47074 pH-2.1958CE0.08055 t)该方程能较好地描述CRPC-Steel对RBR的脱色的拟一级反应过程。4.初步探讨了CRPC-Steel对RBR染料溶液的脱色机理。结果表明CRPC-Steel处理RBR染料溶液过程中,RBR的发色基团“-N=N-”及助色基团遭到破坏,苯环基团和萘环结构也有所改变。反应过程中,光降解和吸附过程对RBR的脱色率较小;光催化对RBR的脱色率约为22.5%;对RBR脱色的贡献主要来自双极氧化过程。过程中基本无Cu-Fe原电池反应存在,但阴极铜在转盘液膜中与溶解氧发生了反应,其生成的Cu离子对RBR溶液色度变化基本无影响。