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摘 要

以往的溶胶―凝胶法很难精确调控孔道的微观结构，实现提高膜的分离精度的目的。但是模板法可以通过选择模板剂来有效地控制孔道的结构、形状和尺寸等。本文采用通过模板法改进的溶胶―凝胶法来构建孔道结构，通过使用模板剂P123成功构建了立方孔道结构的TiO₂材料。同时采用掺杂元素锰来稳定孔道骨架结构。在400℃煅烧下，锰掺杂量从1%到7%时，材料的比表面积由128.091 m²g^-1增大到173.764 m²g^-1、孔径由5.931 nm减小到4.975 nm；锰掺杂量为3%的样品依然保留了高度有序的孔道结构。

可以通过臭氧去杀菌、消毒以及氧化降解有机物，目前已广泛应用在水处理过程中，但是其中存在的主要问题是臭氧氧化不能完全将有机物降解为二氧化碳和水，同时在处理过程中臭氧的消耗量巨大，能耗大大提高。膜法工艺由于其产水水质好，且占地面积小、流程简单、自动化程度高，因而受到人们的高度关注。将臭氧氧化与膜分离耦合，用于腐殖酸溶液体系的降解。实验考察了不同锰掺杂量的TiO₂材料对臭氧化腐殖酸的效率。从实验结果来分析效率最好的锰的掺杂量为3%。

关键词：二氧化钛 腐殖酸 模版法 气升 臭氧氧化

Abstract

Template method has a wealth of material selection and simple operation, and can effectively control the pore structure, shape and size. Herein, a template modified sol―gel route was suggested to accurately control the pore structure. TiO₂ membranes with pore structure were successfully constructed by the P123 templates. Mn element was employed into the TiO₂ frameworks to inhibit the pore collapse. Results showed that the Mn-doping inhibited the rapid growth of the TiO₂ crystals. Meanwhile, the specific surface area of the materials were increased from 128.091 m²g^-1to 173.764 m²g^-1, pore size decreased from 5.931 nm to 4.975 nm. The TiO₂ film retained high ordered 2D hexagonal pore structure at 400℃.

Ozone has been widely used in water treatment processes due to the function of sterilization, disinfection and degradation. However, there existed some problems about the ozone of application, such as not efficient enough to mineralize organics, ozone amount used was very great and energy consumption was improved largely. Membrane process is well concerned in drinking water treatment for its great advantages such as superior water quality, less footprint, simple flow and high automatization. In this paper, we chose ceramic membrane, coupled the ozonation and membrane separation , which was used to degrade humic acids (HA). Experiments investigated the effects of ozonation HA at different Mn element was employed into the TiO_2.From the experimental results to analyze the efficiency of the best Mn doping amount of 3%.

Key Words:TiO₂；Humic acids；template；Airlift；Ozonation

目 录

摘 要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 综述 1

1.1引言 1

1.2 TiO₂介孔材料介绍 2

1.2.1 TiO₂介孔材料简介 2

1.2.2介孔材料的合成机理 2

1.2.3介孔材料的合成方法 3

1.3金属离子掺杂对TiO₂介孔材料的影响 4

1.3.1金属离子掺杂概述 4

1.3.2具体金属离子掺杂对TiO₂介孔材料性能方面的影响 5

1.4 TiO₂介孔材料的应用 7

1.5 腐殖酸介绍 8

1.5.1腐殖酸的性质及结构 8

1.5.2腐殖酸的危害 8

第二章 实验部分 10

2.1模版法制备TiO₂ 10

2.1.1制备TiO₂所用到的试剂和仪器 10

2.1.2 TiO₂溶胶制备 10

2.1.3 TiO₂介孔材料的制备 11

2.2实验方法 11

第三章 实验结果分析与展望 12

3.1试验结果分析 12

3.1.1TiO₂介孔材料表征 12

3.2不同锰掺杂量TiO₂材料对于腐殖酸降解催化的效率 17

3.2.1在pH=3.86时的曝气结果 17

3.2.2在pH=5.5时的曝气结果 17

3.3展望 18

参考文献： 22

致 谢 20

第一章 综述

1.1 引言

膜分离技术是指在外界某种推动力下（例如浓度差、电位差和压力差等外界作用力），用分离膜来作为分离介质，从而使得原料一侧的组分可以有选择性地透过膜，从而实现分离、提纯的目的。膜分离技术不单只有单纯的分离、浓缩、纯化以及精致的功能，并且具有高效、节能、环保、分离过程简单和方便易于控制等优点。在医药、食品、化工、能源、石油、环保、水处理、冶金、仿生等各个领域均有广泛应用，为社会带来了巨大的经济以及社会效益，膜分离技术已成为当今分离科学中应用最广泛也是最重要的手段之一。从当下全球环境污染问题日益严重，资源能源逐渐减少的现状来看，世界各国对于这种绿色新兴技术的重视程度与日俱增。同时膜技术在工业部门的应用率也可以较为客观的反映出一个国家能源利用、过程控制和环境保护的水平。

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