疎水化処理した酸化チタンによる水の光触媒浄化に関する研究

疏水化二氧化钛光催化净化水的研究

基本信息

批准号：
11F01094
负责人：
白石文秀
金额：
$ 1.02万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2012
项目状态：
已结题

项目摘要

目的1)実用化に即した光触媒による廃水処理プロセスを開発検討する。成果1)平成23年度の実験結果を受けて、風力攪拌型廃水処理装置5個を直列に連結した槽列型流通式反応器(CSTR)システムを製作し、UV照射下で2、4-ジニトロフェノール(DNP)水溶液の分解処理実験を行った。その結果、同容積の反応器1個を用いるよりもCSTRとすることで処理性能が大幅に向上することを見出した。また、この向上はCSTRの液流れが栓流に近づくことによることを数式モデルを使って証明した。併せて、攪搾により境膜拡散抵抗が減少し、処理速度が増加することを見出した。また、酸化チタン粒子を分散させた状態で廃水を処理する以下の2つの派生研究を行った。目的2)酸化チタン粒子分散水溶液中でのDNP分解反応のメカニズムを明らかにする。成果2)DNP水溶液中に酸化チタン粒子を分散させて分解処理を行ったところ、分解初速度がDNP初濃度の増加とともに小さくなるという常識に反する結果を得た。そこで、数式モデルを構築して検討を行い、本反応系では正に帯電した酸化チタン粒子近傍に、負に帯電したDNP分子が短時間に凝集するため、凝集層がUV強度を低下させて反応物阻害が生じること、DNP初濃度が低いが0次反応となることなどを明らかにした。目的1)反応液の水分を蒸発させながら廃液処理を行う方法の有効性を明らかにする。成果2)光触媒反応は反応器を密閉した状態で行うのが一般的であるが、反応物が揮発しない場合、積極的に水分を蒸発させた方が処理時間短縮や処理後の残液量の減少の点で有利であると推測される。そこで、DNP水溶液を加熱することにより酸化チタン粒子分散液の水分蒸発速度を変えながらDNP分解速度の変化を観察した。その結果、予想通り水分蒸発が多いほど処理速度が大きくなることを見出した。この正当性を数式モデルにより証明した。以上の成果は、太陽光を光源として廃水処理プロセスの実用化を行う際の重要な知見である。

目标1）开发和研究适合实际应用的光催化废水处理工艺。成果 1) 基于2011财年的实验结果，我们制作了将5个风力搅拌废水处理装置串联的流通式反应器（CSTR）系统，并在紫外线照射下进行了2,4-二氮的分解实验。是在苯酚（DNP）的水溶液中进行的。结果发现，使用 CSTR 比使用相同体积的单个反应器显着提高了处理性能。我们还使用数学模型证明了这种改进是由于 CSTR 中的液体流动接近活塞流所致。我们还发现搅拌可降低薄膜扩散阻力并提高处理速度。此外，还进行了以下两项衍生研究，以处理分散有氧化钛颗粒的废水。目的2) 阐明DNP在含有氧化钛颗粒的水溶液中分解反应的机理。结果2)当将氧化钛颗粒分散在DNP水溶液中并进行分解处理时，我们得到了与常识相反的结果：随着初始DNP浓度的增加，初始分解率降低。因此，我们构建了一个数学模型并研究了该反应体系中的结果，带负电的DNP分子在短时间内聚集在带正电的氧化钛颗粒附近，因此聚集层降低了紫外线强度并引发了反应。结果表明，尽管 DNP 的初始浓度较低，但仍会发生 DNP 抑制并发生零级反应。目的1)阐明在蒸发反应液中的水的同时处理废液的方法的有效性。结果2)光催化反应一般在密封反应器中进行，但如果反应物不挥发，最好主动蒸发水以缩短处理时间并减少处理后残留液体的量，认为这是有利的。在减少方面。因此，我们通过加热DNP水溶液来改变氧化钛粒子分散液的水分蒸发速度，同时观察到DNP分解速度的变化。结果发现，正如预期的那样，处理速度随着蒸发水量的增加而增加。使用数学模型证明了这一点的有效性。上述结果对于利用太阳光作为光源的废水处理工艺的实际应用是重要的发现。