环境管理-纳米二氧化钛的制备对染料废水的光催化行为研究 精品

纳米二氧化钛的制备对染料废水的光催化

行为研究

纳米二氧化钛的制备对染料废水的光催化行为研究

染料废水是工业废水的主要来源，其水量大，浓度高，成分复杂，色度深，盐度高，毒性强，难生化降解，治理合格率低，是国内外公认的难处理的工业废水，也是目前人们研究的热点之一。光催化氧化是一种绿色高效的高级氧化技术。非均相光催化常用的催化剂是纳米二氧化钛，可用于染料废水的处理。但是，基于纳米TiO2的光催化作

用一般在液.固相和气.固相进行，存在催化剂的流失和难以回收的问题，TiO2的固载化是解决催化剂分离回收以及气相夹带的有效途径。纳米TiO2固载主要包括催化剂载体的选择和固载技术的研究。由于TiO2对光的吸收仅限于紫外光区，对于可见光或太阳光的吸收利用率很低。提高光能利用效率的关键在于突破催化剂的禁带宽度，使其响应光谱向可见光扩展。对TiO2的光敏化是延伸其激发波长的一个重要手段。课题选用钛酸盐晶须、凹凸棒土、空心微珠、漂珠等材料为载体，以锐钛型纳米TiO2作为

基体，依托TiO2高强机械性能、热稳定性能、小尺寸效应、紫外光响应及高吸附性能的优点，结合杂多酸具有紫外光响应特性以及酞菁配合物的Q带光吸收性质，将杂多酸或金属酞菁配合物修饰于TiO2表面，对TiO2进行负载和光敏化改性，制备多元复合型光催化材料，实现新材料对光谱响应的红移，拓展材料对光吸收的范围和应用空间。利用X-射线衍射光谱、扫描电子显微镜、X-射线能量色散光谱、紫外.可见漫反射等手段进行产品性能表征。

在光化学反应仪中，用若干种染料为底物考察产品的光催

化性能。主要内容包括：(1)纳米二氧化钛的固载化研究以四钛酸钾晶须为载体，用溶胶.凝胶法制备负载型光催化剂TiO2/K2Ti4O9。能量色散谱图显示，钛酸钾晶须的能谱峰以Ti、O、K为主，而包覆后则以Ti、O为主，K的谱峰已消失，说明晶须表面已被包覆上TiO2。XRD图谱中出现了与锐钛型TiO2的特征峰相吻合的衍射峰。在紫外光照射下，当罗丹明B浓度为8mg·L-1时，加入0.01g·L-1的TiO2/K2Ti4O9，在160min之内，TiO2/K2Ti4O9对罗丹明B 的脱色率达到95％以上，比TiO2单独处理提高了0.50倍

以上。以凹凸棒土为载体，用溶胶.凝胶法制备负载型光催化剂TiO2/凹凸棒土。x-射线衍射谱图显示，产品表面的衍射峰与锐钛型TiO2的特征峰相吻合。EDS图谱显示，其表面包覆良好。在紫外光照射下，在30min之内，TiO2/凹凸棒土对亚甲基蓝的脱色率达到90％以上。以空心微珠为载体，用溶胶.凝胶法制备负载型光催化剂TiO2/空心微珠。在紫外光照射下，以孔雀绿为底物进行光催化性能研究。空心微珠经二氧化钛负载后对紫外光有较强响应，有较好的紫外光催化效果。实验条件下，TiO2/空心微珠对底物的

脱色率达70％以上。以上实验表明，用钛酸盐晶须、凹凸棒土、空心微珠作为催化剂载体对TiO2进行固载化是可行的。(2)二氧化钛紫外光敏化作用研究以六钛酸钾晶须为载体，以硅钨酸为修饰剂，用溶胶一凝胶.浸渍法制备修饰型复合光催化剂H4SiW12O40/TiO2/K2Ti6O13。UVvis漫反射图谱显示H4SiW12O40/TiO2/K2Ti6O13对紫外光的响应增强，有较高的光催化活性，实验条件下对孔雀绿的脱色率达80％以上。以三钛酸钠晶须为载体，以磷钨酸为修饰剂，用溶胶.凝胶.浸渍法制备复合光催化剂

H3PW12O40/TiO2/Na2Ti3O7。XRD谱图表明产品的包覆情况良好，TiO2为锐钛晶型，磷钨酸为Keggn结构。UV-Vis 光谱显示产品的紫外光响应增强。与TiO2/Na2Ti3O7相比，H3PW12O40/TiO2/Na2Ti3O7对底物的脱色率提高了18.3

％(10min时)至33.4％(50min时)。以漂珠为载体，以磷钨酸为修饰剂，用溶胶-凝胶-浸渍法制备轻质修饰型复合光催化剂H3PW12O40/TiO2/漂珠。结果表明，复合光催化剂H3PW12O40/TiO2/漂珠对紫外光的响应增强，光催化活性提高。以刚果红为底物进行光解催化实验，反应70 min

后刚果红的降解率达到90％。(3)二氧化钛可见光敏化作用研究以四钛酸钾晶须为载体，以磺化酞菁钴为修饰剂，用溶胶.凝胶.浸渍法制备修饰型复合光催化剂

CoPcS/TiO2/K2Ti4O9。结果表明在423K灼烧所得样品的光吸收发生显著红移，特别是在600-680nm之间有强的吸收。X-射线衍射图谱表明，样品中。TiO2依然保持锐钛晶型。在可见光照射下，以活性艳红X-3B为模拟污染物进行光催化降解试验，与TiO2/K2Ti4O9相比，

CoPcS/TiO2/K2Ti4O9对底物的脱色率大幅提高，在5小时

之内达到85％。以三钛酸钠晶须为载体，以三核酞菁钴磺酸盐为修饰剂，用溶胶-凝胶-浸渍法制备修饰型复合光催化剂td-CoSPc/TiO2/Na2Ti3O7。UV-vis漫反射光谱表明，tri-CoSPc/TiO2/Na2Ti3O7的吸收光谱发生了红移，光响应范围扩展至400nm以上的可见光区，尤其在600-700nm 之间有强的吸收。以孔雀绿为底物，以

tri-CoSPc/TiO2/Na2Ti3O7为催化剂，进行染料污染物光催化降解试验。在1小时之内，孔雀绿脱色率为42.9％，6小时之内脱色率达到90.3％。研究表明，采用四钛酸钾晶

须、六钛酸钾晶须、三钛酸钠晶须、凹凸棒土、空心微珠、漂珠作催化剂的载体是可行的。用溶胶-凝胶法制备负载型光催化剂，用溶胶-凝胶-浸渍法制备光敏型多元复合光催化剂的方法是成功的。以二氧化钛为基础的负载型催化剂、光敏型多元复合光催化剂处理多数的染料底物是有效的。纳米二氧化钛的制备对染料废水的光催化行为研究

染料废水是工业废水的主要来源，其水量大，浓度高，成分复杂，色度深，盐度高，毒性强，难生化降解，治理合格率低，是国内外公认的难处理的工业废水，也是目前人

们研究的热点之一。光催化氧化是一种绿色高效的高级氧化技术。非均相光催化常用的催化剂是纳米二氧化钛，可用于染料废水的处理。但是，基于纳米TiO2的光催化作用一般在液.固相和气.固相进行，存在催化剂的流失和难以回收的问题，TiO2的固载化是解决催化剂分离回收以及气相夹带的有效途径。纳米TiO2固载主要包括催化剂载体的选择和固载技术的研究。由于TiO2对光的吸收仅限于紫外光区，对于可见光或太阳光的吸收利用率很低。提高光能利用效率的关键在于突破催化剂的禁带宽度，使其