摘要
氰化物作为最优良的络合剂被广泛应用于电镀与冶金等生产工艺，尤其是黄金冶炼行业中氰化物的用量巨大，其排放的废水中含有较高浓度的氰化物、铜和锌等重金属离子。氰化物是剧毒物质且对生物的致死量很低，严重威胁人和动物的生命安全。目前含氰废水的处理方法有许多，但都存在一些缺陷，进而阻碍了其在实际中的应用。因此，探索一种高效清洁处理含氰废水的方法对于环境保护和黄金冶炼等行业的发展具有重要意义！ 光催化氧化技术能够高效降解有机物且反应条件简易从而受到广泛关注，其中光催化剂纳米TiO2因其光催化活性强0、稳定性高且无毒等特点成为研究的热点并被广泛应用于处理环境污染问题。然而TiO2颗粒极易团聚、较宽的带隙（3.2eV）和产生的光生电子-空穴易复合的缺陷限制了它的进一步应用。本文在对已有的含氰废水处理方法分析探讨的基础上，提出硅沸石负载改性纳米TiO2材料在紫外光辐射下高效清洁去除含氰废水中的CN-、铜和锌离子的方法。通过负载具有高比表面积和均匀孔径的硅沸石同时掺杂金属元素（Mn，Fe）和非金属元素N对TiO2性能进行改进。实验部分待降解物含氰废水来自山东某金矿，通过溶胶凝胶法制备硅基纳米TiO2和元素掺杂的硅基纳米TiO2的粉体材料作为光催化剂，高压汞灯作为光源。主要研究成果如下： （1）制备了硅基纳米TiO2，扫描电镜（SEM）和BET显示纳米二氧化钛被均匀的负载在硅基载体表面，材料的比表面为146.6±2.4m2/g，是纯TiO2的7倍。光催化结果表明：1）1h避光搅拌，2h光照，静置5h后，硅基纳米TiO2材料对氰化物和铜离子去除率分别为95.5%和80%。2）纳米TiO2光催化降解CN-的过程符合伪一级动力学模型，硅基纳米TiO2具有更高的吸附催化性能，反应速率常数提高了2.83倍。3）催化后，溶液的pH值约为7，光催化过程中不存在HCN的挥发，氰化物的降解结果完全是光催化的贡献。 （2）研究了金属元素（Mn,Fe）和非金属元素N单掺杂与共掺杂对纳米TiO2光催化降解含氰废水的影响。1）通过扫描电镜/能谱仪（SEM/EDS）、X射线衍射仪（XRD）、比表面积（BET）、紫外光谱（UV-vis）、热重分析仪（TGA）、X射线光子能谱（XPS）、荧光分光光度计对材料进行表征。结果表明掺杂元素Mn，Fe和N分散均匀；TiO2为锐钛矿型，元素掺杂不会改变材料的晶相结构；金属元素（Mn,Fe）掺杂能够提高材料的比表面积，非金属元素N掺杂会降低材料的比表面积。2）实验结果表明Mn-N共掺杂硅基纳米TiO2具有最佳的光催化性能，最佳掺杂量为0.05%Mn和7%N。3）探究了TiO2/硅基负载比、材料的焙烧温度，含氰废水的初始浓度，反应液初始pH，材料用量等因素对Mn-N共掺杂硅基纳米TiO2光催化降解含氰废水的影响。 （3）分析了Mn-N共掺杂硅基纳米TiO2光催化降解含氰废水过程。1）XPS与密度泛函理论结果显示其高催化性能是因为共掺杂产生了与价带重叠的新电子态，进而提高了光生电子-空穴的转移速率。2）h+和·OH是光催化降解过程中重要的活性物质。3）氰化物最终被分解成为CO2和NO2，铜和锌以二价离子的形式被吸附在材料表面。
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