光催化活性染料是棉织物染色常用的染料,其染色废水染料浓度高、色度深、有机物成分复杂、毒性大、生物降解性差,较难以治理.传统处理方法效果欠佳,甚至还会造成二次污染.光催化技术以其能耗低、易操作、廉价、无二次污染等特点,近年来被广泛应用到染料废水治理中.但是单纯以TiO2进行有机物光催化降解也存在着光催化量子效率低等不足.为此,大量的研究工作通过催化剂的掺杂改性、敏化和表面修饰来改善TiO2的光催化性能.国内外研究表明:单独利用微波、激光、等离子体、准分子紫外辐射等改性方法能有效提高光催化剂的催化性能.[3-6]但通过催化剂的掺杂改性与微波辐射作用相结合的改性研究目前尚未见文献报道.本文通过溶胶一凝胶技术及微波技术,制备了TiO2及Ce/TiO2光催化剂,研究了铈掺杂和微波辐射复合改性方法对活性艳红3BS降解性的影响.
1试验
1.1试剂及仪器
试剂:钛酸正丁酯、六水合硝酸铈(国药集团化学试剂有限公司),冰醋酸(上海波尔化学试剂有限公司),无水乙醇(上海政创实业有限公司),分散剂CNF(苄基萘磺酸醛缩物,上海合丽日化技术有限公司),P25(气相氧化钛,德国赢创一德固赛工业集团),TiO2 (自制),偶氮染料活性艳红3BS(DyStar,配成500mg/L的模拟废水储备液,用时稀释到250arg/L).仪器:D/Max一2550PC型x射线衍射仪(Et本RIGAKU公司),PM系列行星式球磨仪(南京驰顺科技发展有限公司),uV一2000紫外可见分光光度计(日本Et立公司1,YK01纱线快速定型机(上海中方宝达有限公司,可以调节微波功率的微波炉1,XPA一5系列光反应仪(南京胥江机电厂).
1.2复合催化剂的制备
Ce/TiO2粉末的制备:将20mL钛酸正丁酯缓慢加入到快速搅拌的10mL无水乙醇中,制得溶液A.将冰醋酸、1mLH2O、0.51g六水合硝酸铈及25mL无水乙醇混合均匀,制成溶液B.在剧烈搅拌下,将溶液B缓慢滴入溶液A中,持续搅拌1-2h,使其充分水解,形成淡黄的透明溶胶,静置一定时间后成为凝胶.将凝胶放入真空干燥箱内烘干,于马弗炉中以450℃煅烧5h后研磨成粉末状,得到Ce/TiO2粉末.
Ce/TiO2的微波改性:在快速纱线定型机中用不同功率微波分别处理Ce/TiO2粉末.
1.3复合催化剂的表征
Ce/TiO2颗粒晶体结构:采用x射线衍射仪测试.
1.4光催化降解染料溶液
各取1mL纳米Ce/TiO2悬浮液(将0.3g微波改性前后的Ce/TiO2粉末与27mL水、3mL 1g/L的分散剂CNF混合,球磨4h,得到10g/L的纳米Ce/TiO2悬浮液1,分别加入250mL活性艳红3BS染料模拟废水,在光反应仪中用不同光源处理60min,每15min取样1次,在H一1650离心机中以8000r/min离心10min,测吸光度并计算脱色率.
2结果与讨论
2.1影响催化剂晶型结构的因素
2.1.1微波功率
由图I可以看出,相比其他功率,800W的微波处理后Ce/TiO2晶体的x射线衍射曲线波形更光滑,峰更高.故主要讨论800W微波处理的样品性能.