高效抗污染中空纤维膜光催化反应器的构建及性能研究

以纳米TiO2催化剂和高分子膜的材料特性及光催化反应原理为出发点，通过研究催化剂、膜在光催化反应过程中性能与结构的变化，以及耦合过程的反应和分离现象，对中空纤维光催化反应器的反应机理和传质规律进行更深入的探讨，为高效、抗污染新型膜-分离耦合过程设计的优化提供充实的理论依据。首先，对材料抗氧化和降解性能进行研究，筛选所需纳米催化剂和膜材料。分析废水实验中的吸附现象，确定材料改性方式。其次，采用错流、加气搅拌、Dean涡流等优化设计，有效增强组器的抗污染能力。最后，构建高效无泡供氧反应器型式，考察反应器中气、液、固三相流动状态、流速及组器流体力学结构对过程的影响，进行光催化反应动力学分析，并计算气、液、膜三相传质阻力，建立相关数学模型和确定反应器优化的参数。研究结果不仅对光催化反应器设计和应用具有重要价值，而且对高浓度难降解有机废水的最终处置、目前严重环境污染问题的彻底解决大有裨益。

该项目以纳米TiO2催化剂和高分子膜的材料特性及光催化反应原理为出发点，通过研究催化剂、分离膜在光催化反应过程中性能与结构的变化，以及耦合过程的反应和分离现象，对中空纤维光催化反应器的反应机理和传质规律进行了深入探讨，为高效、抗污染新型膜-分离耦合过程的设计和优化提供了更充实的理论依据。首先，对材料抗氧化和降解性能进行研究，采用低温改性酸性溶胶法技术制备出了新型PMR所需的自制纳米催化剂，同时制备筛选了适用的抗氧化分离膜材料。分析废水实验中的吸附现象，优化了PMR中催化剂及分离膜的材料改性方式。其次，采用错流、加气搅拌、Dean涡流等优化设计，构建了新型高效的中空纤维膜光催化反应器，使现有PMR组器的抗污染能力得到有效增强。最后，成功地构建了5L小规模搅拌式浆态光催化反应器，并应用于偶氮染料的废水资源化处理中，考察了反应器中气、液、固三相流动状态、流速及组器流体力学结构对过程的影响，进行光催化反应动力学分析，并计算了气、液、膜三相传质阻力，建立了相关数学模型和确定反应器优化的参数。研究结果不仅对光催化反应器设计和应用具有重要价值，而且对高浓度难降解有机废水的最终处置、目前严重环境污染问题的彻底解决大有裨益。