稀土掺杂zno光催化降解城市垃圾渗滤液实验研究

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1、ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterinEngineeringRareEarthDopedZnOCompositeMaterialExperimentalStudyofPhotocatalyticDegradationLandfillLeachatePerformanceMasterCandidate：LuoLichenMajor：MunicipalEngineeringSupervisor：Prof.ZhuLeiWuhanUniversityofScienceandTe

2、chnologyWuhan,Hubei430081,P.R.ChinaMay,2015.5摘要中国城镇化和工业化加速了城市垃圾的产生，大量城市垃圾填埋场的建设运营导致了垃圾渗滤液产量与日俱增。目前由于我国垃圾分类还不成熟，导致其产生的渗滤液具有水质组成复杂、生物难降解有机质及有毒有害物质较多等特点，是我国工业废水处理的难题和重点。因而研究高效低耗、节能环保的水处理新工艺和新材料来解决这类废水显得非常必要。其中，ZnO纳米材料是一种对污水有较好光催化效果的半导体材料，而它的光催化性能与其外部形貌尺寸、内部晶体结构及光催化反应条件等有很大关系。论文研究主要分为两个部分。第一部分是制备纳米光催化材

3、料粉体。以醋酸锌（Zn(CH3COO)2）、六水合硝酸铕（Eu(NO3)3·6H2O）、六水合硝酸钆Gd(NO3)3.6H2O为主要原料，氢氧化钠（NaOH）为沉淀剂，聚乙二醇（PEG2000）为矿化剂(表面活性剂)，柠檬酸（盐酸）为pH调节剂（模板剂），采用水热法制备纯ZnO纳米棒光催化材料粉体、稀土元素Eu掺杂ZnO复合纳米光催化材料粉体和稀土元素Gd掺杂ZnO复合纳米光催化材料粉体。用XRD、HRTEM、EDS、BET、XPS等现代测试分析手段对粉体样品的晶相、微观结构、掺杂元素、比表面积等进行了表征分析。研究了反应温度、反应时间、掺杂元素、掺杂比等反应条件对ZnO微晶微观形貌的影响。

4、第二部分是研究纳米光催化材料粉体对城市垃圾渗滤液的降解效果。主要结论如下：（1）确定稀土掺杂ZnO最佳掺杂量、最佳制备条件和最佳光催化反应条件。水热反应温度为160℃，时间为6h，制备的纯ZnO、3%Eu-ZnO和0.1%Gd-ZnO光催剂对城市垃圾渗滤液的降解效果较好。城市垃圾渗滤液的脱色率分别为31.3%、40.0％和35.8％，COD的去除率分别为36.5%、62.0%和52.5%。（2）根据武汉市某垃圾填埋场的渗滤液处理情况，提出将光催化反应作为垃圾渗滤液预处理工艺方案，用光催化效果最好的3%Eu掺杂ZnO复合光催化剂对垃圾渗滤液进行降解实验，经过光催化处理后，垃圾渗滤液的BOD5/

5、CODcr值由原来的0.32提高到0.43，渗滤液的可生化性得到了较大提高。关键词：稀土掺杂ZnO；光催化；城市垃圾渗滤液IAbstractUrbanizationandindustrializationofChinaproducealargeofgarbage.Landfillleachateisincreasinginyieldperdaybecauseoftheconstructionofalargenumberofcitygarbagelandfill.Atpresent,rubbishclassificationisnotmatureinChina,ledingtothecityl

6、andfillleachatebeingproblemsofChina'sindustrialwastewatertreatmentwithcomplexcomposition,waterqualitybio-refractoryorganicmatterandtoxicandharmfulsubstancesmoreandsoon.So,Itisverynecessarytostudythehighefficiencyandlowenergyconsumption,energysavingandenvironmentalprotectionwatertreatmentnewtechnolo

7、gyandnewmaterialstosolvethiskindofwastewater.ZnOnanomaterialiswellknownasakindofsemiconductormaterialwithexcellentperformance.IthasbeendemonstratedthatthepropertiesofZnOcrystalisrelatedtoitssurfacemorpholog