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我国选矿药剂的年消耗量为百万吨级。2-羟基-3-萘甲羟肟酸(H205)用于稀土矿物及其他氧化矿物等的捕收剂,捕收能力适中、性能稳定可靠、选择性好、选矿指标高,但难于降解,大量残留在选矿废水中,对人身健康、农业生产和渔业环境具有很大危害。因此,寻求一种有效、合理的治理选矿废水的技术,引起人们的广泛关注。本文采用溶胶凝胶法和浸渍提拉法制备了稀土离子La3+/TiO2的新型多孔轻质光催化剂,应用于难降解的选矿捕收剂2-羟基-3-萘甲羟肟酸(H205)。详细研究了在紫外光和可见光下La3+掺杂量、焙烧温度、TiO2负载量、模拟废水的初始浓度、光催化剂的用量、pH及循环使用对光催化活性的影响。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、紫外可见漫反射(DRS)及傅里叶红外变换光谱(FTIR)等分析技术对改性光催化剂及降解中间产物进行表征。研究内容与结果如下:
1.选择几种特定物质,以组分A、B、C、D、E为原料,制备多孔轻质基体(已申请国家发明专利201010256472.5)。详细研究了影响多孔轻质基体物化性能的因素。在制备配方探索性研究基础上分别作了单因素条件试验,筛选出多孔轻质材料最佳制备工艺条件为:组分A含量为2%、组分B含量为8%、组分C含量为10%、组分D含量为40%、组分E含量为40%、粘结剂CMC含量为5%(占组分总质量的百分数)、800℃焙烧2h。该多孔轻质基体材料在水介质中漂浮时间为40h,散失率为0.36%,抗压强度为3.72MPa。材料孔道分布均匀广泛,形状规则。
2.以含2-羟基-3-萘甲羟肟酸(H205)捕收剂模拟选矿废水为降解对象,主要考察了各种因素对材料基体复合纳米TiO2晶体膜的光催化性能影响。基体表面与掺杂0.5%La3+/TiO2溶胶复合5次,键合温度为600℃,焙烧2h后即为新型光催化剂。在pH为3±0.1时,在500W高压汞灯和500W高压氙灯下对H205捕收剂的降解率分别为86.18%和88.11%。连续使用10次后,与使用一次时进行比较,降解率下降了5%。应用研究表明,该材料是一种可高效循环利用的新型光催化材料。在相同反应条件下,对苯甲羟肟酸、H205和十二烷基苯磺酸钠进行对照试验,三种捕收剂降解率模拟废水的依次为:苯甲羟肟酸(89.32%)>十二烷基苯磺酸钠(88.21%》H205(84.69%):
3.研究了La3+/TiO2对2-羟基-3-萘甲羟肟酸(H205)捕收剂模拟选矿废水光催化降解的反应动力学和机理,结果表明该反应符合Langmuir-Hinshelwood动力学方程。降解反应速率常数与H205初始浓度成正比,20mg/L反应速率常数k最大,半衰期时间最短。H205结构中的萘环氧化分解为苯环结构及苯的同系物,苯环结构及苯的同系物再分解为脂肪族、芳香族碳链及其衍生物等中间产物。光催化反应3h后一些中间产物和小分子有机物继续分解而被矿化成为CO2、H2O、CH4、N2O、NO2、NO、N2等物质。