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纳米二氧化钛粉体光催化染料脱色的研究

来源:印染在线 发布时间:2009年03月16日

1.雷雪飞 2.刘文占 1.张洪林 1.蒋林时(1.辽宁石油化工大学环境工程系,辽宁抚顺 113001;2.黑龙江省饶河县65919部队60分队,黑龙江饶河 155761)摘要:以钛酸四丁酯为原料,采用溶胶-凝胶法制备了纳米二氧化钛粉体.经XRD对制得的粉体进行了表征.以溶胶-凝胶法制得的二氧化钛粉体,利用紫外光催化反应装置,考察了溶液初始浓度变化、催化剂投加量以及pH值、光催化时间对甲基红降解率的影响.结果表明:随着溶液初始浓度增加,甲基红的降解率降低;染料在强酸性环境中的降解好于碱性环境,酸性环境中更容易进行光催化降解反应,去除率以及反应速率都大于碱性条件下的值.其中,当pH=3.0时,甲基红溶液在固定时间内的去除率最大;TiO2粉末投加量为0.7g/L时,其具有良好的光催化脱色性能,经7h光照,甲基红染料废水脱色效果好.关键词:二氧化钛;溶胶-凝胶法;光催化;脱色中图分类号:NX5  文献标识码:A染料废水是主要的有害工业废水之一,它CODcr高,色度大,组分复杂,污染较为严重.近十几年发展起来的半导体光催化氧化水处理技术,为解决这一难题提供了一种有效的方法.目前,应用广泛的光催化剂有TiO2、Fe2O3、ZnO、CdS等十几种,其中以纳米二氧化钛,因其具有很高的光催化活性、耐酸碱和耐光化学腐蚀、成本低、无毒等性能,成为当前最具有应用潜力的一种光催化剂[1].当照射光的波长小于400nm时,TiO2纳米晶体的电荷分离产生电子-空穴对,位于价带的空穴具有强烈的氧化能力,可以把几乎全部的有机物迅速氧化分解为CO2、H2O等无毒物质,而太阳光辐射到地球上的总能量至少有5%为紫外光,因此利用纳米级TiO2来吸收太阳能,并且有效地光催化降解难降解的有机物,使污染物安全分解矿化,无疑是一个具有潜在价值的新技术[2].本文采用溶胶-凝胶法制备了纳米TiO2粉体,利用紫外光催化反应装

置,采用甲基红模拟印染废水,考察了溶液初始浓度变化、催化剂投加量、pH值变化以及光催化时间对甲基红降解率的影响.1 实验部分1.1 试剂与仪器试剂:钛酸四丁酯、无水乙醇、盐酸、冰醋酸等溶液均为分析纯;甲基红,二次蒸馏水.主要仪器:85-1型磁力搅拌器及转子;GD-65-1型鼓风干燥箱;马弗炉;6010紫外-可见分光光度计;CD-5-10离心分离机;HH-2型数显恒温水浴锅;X-射线衍射仪(XRD)(PHILIPS公司生产);PHS-3B型数字式酸度计;KL-1型紫外光催化反应器.1.2 纳米TiO2粉体的制备[3]将钛酸四丁酯和无水乙醇按一定比例配制成混合体系1,蒸馏水和冰醋酸,无水乙醇配制成混合体系2在强烈搅拌下,将混合体系2缓慢滴加入混合体系1中.滴加完毕后,继续常温搅拌(强烈搅拌)至形成凝胶放入干燥器中静置2~3d.将凝胶在80~100℃下烘干,研磨,加入冰醋酸,充分搅拌洗涤,抽滤,干燥,然后500℃灼烧,取出后继续研磨,得到TiO2纳米粉末.1.3 纳米TiO2粉体的结构及形貌分析纳米TiO2晶型用DX-1000衍射仪(XRD)检测,并计算其平均粒径.1.4 光催化性能如图1所示,实验过程中在反应容器(6)中配置甲基红模拟废水(循环水体积必须大于紫外光水处理器的有效容积3L),打开循环泵(4)开关,并调节转子流量计(3)的大小,使甲基红模拟废水以一定的流速在紫外光处理器与反应容器之间构成循环.向模拟废水中加入一定量TiO2光催化剂,避光搅拌,使溶液与TiO2粉末充分混合.打开紫外灯开关,进行紫外光催化反应.光催化反应过程中,每隔一定时间用移液管在取样口移取20mL的样品于离心试管中,离心沉淀10min后,分离上清液后用紫外-可见分光光度计在520nm处测定甲基红的吸光值并计算其降解率.反应中甲基红溶液的光催化降解速率,根据反应物浓度与反应速率的一级动力学关系式ln(
C0/C)=kt,k是表观反应速率常数,C0是溶液初始浓度,C是t时刻溶液浓度,采用回归分析方法求得.

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