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納米二氧化鈦粉體光催化染料脫色的研究

來源:印染在線 發(fā)布時(shí)間:2009年03月16日

1.雷雪飛 2.劉文占 1.張洪林 1.蔣林時(shí)(1.遼寧石油化工大學(xué)環(huán)境工程系,遼寧撫順 113001;2.黑龍江省饒河縣65919部隊(duì)60分隊(duì),黑龍江饒河 155761)摘要:以鈦酸四丁酯為原料,采用溶膠-凝膠法制備了納米二氧化鈦粉體.經(jīng)XRD對(duì)制得的粉體進(jìn)行了表征.以溶膠-凝膠法制得的二氧化鈦粉體,利用紫外光催化反應(yīng)裝置,考察了溶液初始濃度變化、催化劑投加量以及pH值、光催化時(shí)間對(duì)甲基紅降解率的影響.結(jié)果表明:隨著溶液初始濃度增加,甲基紅的降解率降低;染料在強(qiáng)酸性環(huán)境中的降解好于堿性環(huán)境,酸性環(huán)境中更容易進(jìn)行光催化降解反應(yīng),去除率以及反應(yīng)速率都大于堿性條件下的值.其中,當(dāng)pH=3.0時(shí),甲基紅溶液在固定時(shí)間內(nèi)的去除率最大;TiO2粉末投加量為0.7g/L時(shí),其具有良好的光催化脫色性能,經(jīng)7h光照,甲基紅染料廢水脫色效果好.關(guān)鍵詞:二氧化鈦;溶膠-凝膠法;光催化;脫色中圖分類號(hào):NX5  文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A染料廢水是主要的有害工業(yè)廢水之一,它CODcr高,色度大,組分復(fù)雜,污染較為嚴(yán)重.近十幾年發(fā)展起來的半導(dǎo)體光催化氧化水處理技術(shù),為解決這一難題提供了一種有效的方法.目前,應(yīng)用廣泛的光催化劑有TiO2、Fe2O3、ZnO、CdS等十幾種,其中以納米二氧化鈦,因其具有很高的光催化活性、耐酸堿和耐光化學(xué)腐蝕、成本低、無(wú)毒等性能,成為當(dāng)前最具有應(yīng)用潛力的一種光催化劑[1].當(dāng)照射光的波長(zhǎng)小于400nm時(shí),TiO2納米晶體的電荷分離產(chǎn)生電子-空穴對(duì),位于價(jià)帶的空穴具有強(qiáng)烈的氧化能力,可以把幾乎全部的有機(jī)物迅速氧化分解為CO2、H2O等無(wú)毒物質(zhì),而太陽(yáng)光輻射到地球上的總能量至少有5%為紫外光,因此利用納米級(jí)TiO2來吸收太陽(yáng)能,并且有效地光催化降解難降解的有機(jī)物,使污染物安全分解礦化,無(wú)疑是一個(gè)具有潛在價(jià)值的新技術(shù)[2].本文采用溶膠-凝膠法制備了納米TiO2粉體,利用紫外光催化反應(yīng)裝

置,采用甲基紅模擬印染廢水,考察了溶液初始濃度變化、催化劑投加量、pH值變化以及光催化時(shí)間對(duì)甲基紅降解率的影響.1 實(shí)驗(yàn)部分1.1 試劑與儀器試劑:鈦酸四丁酯、無(wú)水乙醇、鹽酸、冰醋酸等溶液均為分析純;甲基紅,二次蒸餾水.主要儀器:85-1型磁力攪拌器及轉(zhuǎn)子;GD-65-1型鼓風(fēng)干燥箱;馬弗爐;6010紫外-可見分光光度計(jì);CD-5-10離心分離機(jī);HH-2型數(shù)顯恒溫水浴鍋;X-射線衍射儀(XRD)(PHILIPS公司生產(chǎn));PHS-3B型數(shù)字式酸度計(jì);KL-1型紫外光催化反應(yīng)器.1.2 納米TiO2粉體的制備[3]將鈦酸四丁酯和無(wú)水乙醇按一定比例配制成混合體系1,蒸餾水和冰醋酸,無(wú)水乙醇配制成混合體系2在強(qiáng)烈攪拌下,將混合體系2緩慢滴加入混合體系1中.滴加完畢后,繼續(xù)常溫?cái)嚢?強(qiáng)烈攪拌)至形成凝膠放入干燥器中靜置2~3d.將凝膠在80~100℃下烘干,研磨,加入冰醋酸,充分?jǐn)嚢柘礈?抽濾,干燥,然后500℃灼燒,取出后繼續(xù)研磨,得到TiO2納米粉末.1.3 納米TiO2粉體的結(jié)構(gòu)及形貌分析納米TiO2晶型用DX-1000衍射儀(XRD)檢測(cè),并計(jì)算其平均粒徑.1.4 光催化性能如圖1所示,實(shí)驗(yàn)過程中在反應(yīng)容器(6)中配置甲基紅模擬廢水(循環(huán)水體積必須大于紫外光水處理器的有效容積3L),打開循環(huán)泵(4)開關(guān),并調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子流量計(jì)(3)的大小,使甲基紅模擬廢水以一定的流速在紫外光處理器與反應(yīng)容器之間構(gòu)成循環(huán).向模擬廢水中加入一定量TiO2光催化劑,避光攪拌,使溶液與TiO2粉末充分混合.打開紫外燈開關(guān),進(jìn)行紫外光催化反應(yīng).光催化反應(yīng)過程中,每隔一定時(shí)間用移液管在取樣口移取20mL的樣品于離心試管中,離心沉淀10min后,分離上清液后用紫外-可見分光光度計(jì)在520nm處測(cè)定甲基紅的吸光值并計(jì)算其降解率.反應(yīng)中甲基紅溶液的光催化降解速率,根據(jù)反應(yīng)物濃度與反應(yīng)速率的一級(jí)動(dòng)力學(xué)關(guān)系式ln(
C0/C)=kt,k是表觀反應(yīng)速率常數(shù),C0是溶液初始濃度,C是t時(shí)刻溶液濃度,采用回歸分析方法求得.

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