[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

说明书

本发明公开了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，采用光催化降解实验、GC‑MS分析、密度泛函理论吸附能计算、光催化反应机理分析、禁带宽度计算，研究废水中不同有机物光催化降解难易程度的机理。过程如下：研究纳米TiO₂絮凝‑光催化和SBR‑光催化降解废水的实验；采用GC‑MS分析光催化前后有机物的相对含量和去除率；模拟不同降解程度的有机物在TiO₂表面的吸附行为；分析不同有机物光催化反应机理；模拟不同有机物对TiO₂能带结构和态密度分布的影响。本发明结合光催化实验、吸附和光催化模拟以及理论分析，揭示废水中不同有机物被光催化降解难易程度的机理，为光催化氧化技术的实际应用奠定理论基础。

技术领域

本发明涉及环境化学技术领域，具体涉及一种全面揭示废水中不同有机物光催化降解难易程度的方法，更具体涉及一种从Materials Studio软件模拟不同降解程度的有机物分子在二氧化钛(TiO₂)光催化剂表面的吸附行为、光催化行为和反应机理的多角度，结合光催化降解实验和GC-MS分析，多角度研究废水中不同有机物光催化降解难易程度的机理。

背景技术

化石燃料的枯竭、城市化和工业化的快速发展伴随着有机污染物的排放，其中造纸等工业废水经生化处理后仍然含有高COD和一些难降解有机物，严重危害生态环境和人体健康。因此，如何减少废水中有机物的排放对造纸等工业是一项重要的环保问题。由于可以转化有机物为无毒无害的CO₂和H₂O，光催化氧化被认为是一种具有前景的深度处理技术。TiO₂因其优良的耐腐蚀性、稳定性、低成本和低毒性而被广泛应用于废水中有机物的分解。

虽然众多学者在光催化降解废水或模拟某些有机分子的吸附方面已做出很大贡献，但将光催化实验、GC-MS分析、吸附与光催化模拟相结合来探讨废水中不同有机物光催化降解难易程度的原因，目前还未见报道。为了完善实验和理论相结合研究的不足，本发明采用基于光催化降解实验和GC-MS分析，归类出废水中不同降解程度的有机物，并基于密度泛函理论(DFT)的吸附和光催化模拟，研究不同降解程度的有机物在锐钛矿TiO₂催化剂最常暴露的(101)表面的吸附和光催化行为，结合光催化反应机理，从实验和理论的多角度阐释废水中不同有机物光催化降解难易程度。综合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，多角度的研究将有助于全面了解废水中不同有机物光催化降解难易程度的机理，从而为光催化技术的可持续发展提供一种新的、有意义的、全方面的探索途径。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种全面揭示废水中不同有机物光催化降解难易程度的方法，利用密度泛函理论DFT从分子原子水平模拟不同降解程度的有机物分子在TiO₂表面的吸附行为和光催化行为，分析光催化反应机理，为多角度揭示废水中不同有机物光催化降解难易程度的机理以及光催化技术的实际应用奠定理论基础。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种基于降解实验、GC-MS分析、吸附模拟、反应机理和光催化模拟全面揭示废水中不同有机物光催化降解难易程度机理的方法，包括以下步骤：

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。该步骤具体如下：

絮凝预处理：将一定量的废水以3000rpm离心10min，去除废水中的细纤维和颗粒物；将600ml经过离心的废水与不同量的纳米TiO₂胶体以240rpm快速混合3min，并调节4–10的pH值；将混合废水样品在75rpm下缓慢搅拌12min，并在3000rpm下离心3min；