[发明专利]一种全面揭示废水不同有机物光催化降解难易程度的方法

权利要求书

1.一种全面揭示废水不同有机物光催化降解难易程度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、通过纳米TiO₂絮凝-光催化和SBR-光催化降解废水的实验，研究两个处理工艺对废水有机物的降解效果；

S2、采用GC-MS分析光催化前后有机物的相对含量和去除率，研究两个处理工艺对废水有机物的降解难易程度；

S3、模拟具有不同降解程度的有机物在TiO₂表面的吸附行为，研究影响它们吸附难易程度的机理；

S4、分析不同有机物的光催化反应机理，研究它们光催化反应的难易程度；

S5、模拟不同有机物对TiO₂能带结构和态密度分布的影响，研究影响它们光催化反应难易程度的机理；

S6、综合以上步骤S1、S2、S3、S4、S5中的光催化降解实验结果、GC-MS分析结果、密度泛函理论DFT吸附模拟结果、光催化反应机理分析结果和DFT光催化模拟结果，确定废水中不同有机物光催化降解难易程度的机理；

所述的步骤S3过程如下：

用材料模拟软件构建由72个原子组成的锐钛矿型TiO₂(101)面的周期性表面模型，其尺寸为其中为长度计量单位，比纳米小一个数量级；采用的真空层构建表面模型；采用密度泛函理论DFT方法对锐钛矿型TiO₂(101)面的表面模型进行几何优化，以获得稳态结构；

构建不同降解程度的有机物分子结构模型，并用密度泛函理论DFT方法进行几何优化，确保分子能量达到平衡状态；

采用密度泛函理论DFT方法研究不同降解程度的有机物与TiO₂(101)表面稳态结构的相互作用能和相互作用方式，分析它们在TiO₂(101)表面稳态结构的选择吸附位、吸附类型和吸附构型；并根据计算的吸附能大小判断不同吸附构型发生的可能性，比较吸附构型的稳定性和吸附能力强弱，确定不同降解程度的有机物在TiO₂(101)表面的吸附最稳态；根据它们在TiO₂(101)表面的吸附最稳态所对应的吸附能大小，总结出不同降解程度的有机物在TiO₂表面吸附的难易程度；

所述的步骤S3中，所构建的锐钛矿型TiO₂(101)表面模型，不同降解程度的有机物分子结构模型，以及不同降解程度的有机物在TiO₂(101)表面稳态吸附构型的几何优化，均在基于密度泛函理论DFT方法的Materials Studio材料模拟软件的CASTEP模块中完成，且选取广义梯度近似GGA/PBE函数作为交换相关函数；

所述的步骤S4过程如下：

列出不同降解程度的有机物的光催化反应历程，分析羟基自由基氧化有机物的光催化反应机理，总结出不同降解程度的有机物在TiO₂催化剂表面的光催化反应的难易程度；

所述的步骤S5过程如下：

基于步骤S3中不同降解程度的有机物的最优吸附构型，采用密度泛函理论DFT方法进一步模拟TiO₂催化剂的能带结构和态密度分布，并根据计算的禁带宽度大小比较吸附构型的光催化反应能力，总结出不同降解程度的有机物在TiO₂催化剂表面的光催化反应的难易程度。

2.根据权利要求1所述的一种全面揭示废水不同有机物光催化降解难易程度的方法，其特征在于，所述的步骤S1过程如下：

光催化降解絮凝出水或SBR出水：将废水泵入调节池，使纳米TiO₂胶体与废水样品充分接触；采用外循环对废水进行曝气；调节TiO₂的用量0.25-2.0g/L、pH值3-11和液位；随后将废水泵入卧式光催化反应器，打开紫外灯，开始光催化实验；光催化后，将出水样品离心；

废水样品的COD检测：以重铬酸钾、硫酸汞和浓硫酸为消解液，硫酸银为催化剂，不同量的邻苯二甲酸氢钾为标准溶液，得到废水样品的COD和吸光度的标准曲线；测定经过消解的废水样品的吸光度，根据吸光度和COD的标准曲线确定COD值；根据光催化降解实验结果总结得出，在不同TiO₂用量和pH值下，TiO₂絮凝-光催化和SBR-光催化两个处理工艺对各种废水有机物的降解效果。