改性TiO2-Ti光電極制備及可見光下降解內(nèi)分泌干擾素研究.pdf

1、TiO2光催化氧化技術(shù)因其強(qiáng)氧化性、對污染物無選擇性、不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點從眾多的高級氧化技術(shù)中脫穎而出。但由于TiO2的禁帶寬度為3.2eV，只在紫外光波(λ≤387nm)的激發(fā)下表現(xiàn)出光催化活性，且量子化的效率較低，同時懸浮態(tài) TiO2光催化劑在污水處理過程中難以回收，從而限制了 TiO2光催化氧化技術(shù)的實際應(yīng)用。環(huán)境內(nèi)分泌干擾素類有機(jī)污染物由于其具有較好的脂溶性和化學(xué)穩(wěn)定性，容易引起自然界包括人類等生物內(nèi)分泌系統(tǒng)的失常，生殖器官等

2、的變異，因此對環(huán)境內(nèi)分泌干擾素的研究已經(jīng)成為全球環(huán)境工作者研究的熱點。本文采用陽極氧化法制備鈰和硫改性 TiO2/Ti光電極，改善電極對可見光的吸收性能，同時進(jìn)行改性 TiO2/Ti光電極處理水中內(nèi)分泌干擾物質(zhì)－鄰苯二甲酸二甲酯(DMP)的研究。
　　在電極制備條件優(yōu)化過程中重點考察了摻雜物的濃度、電壓對改性TiO2/Ti電極性能的影響，鈰和硫改性TiO2/Ti光電極的優(yōu)化制備條件分別為制備電壓160V、Ce(NO3)3濃度為96

3、0mg/L和制備電壓為160V、Na2SO3濃度為750mg/L。硫改性 TiO2/Ti光電極的光電催化氧化效果優(yōu)于鈰改性TiO2/Ti光電極，更優(yōu)于未改性TiO2/Ti光電極。
　　并通過掃描電鏡(SEM)分析、原子力顯微鏡(AFM)分析、X-射線衍射光譜(XRD)分析、X-射線熒光光譜(XRF)分析、X-射線光電子能譜(XPS)分析、紫外-可見漫反射光譜(UV/VIS)分析和表面光電壓譜(SPS)分析，對改性TiO2/Ti光電

4、極表面形貌、晶型結(jié)構(gòu)、表面組成和化學(xué)形態(tài)、光學(xué)性能、表面光電性能等進(jìn)行表征，重點考察了改性 TiO2/Ti光電極的結(jié)構(gòu)對光電催化氧化效率的影響。
　　失活與再生研究結(jié)果表明：TiO2/Ti光電極催化過程存在著兩個階段—穩(wěn)定催化期和老化失活期，在光催化(PC)的條件下，硫改性 TiO2/Ti光電極的穩(wěn)定催化期為重復(fù)使用25次(約50h)，鈰改性 TiO2/Ti光電極的穩(wěn)定催化期為重復(fù)使用20次(約40h)。在光電催化(PEC)的條件

5、下，硫改性TiO2/Ti光電極的穩(wěn)定催化期為重復(fù)使用40次(約80h)，鈰改性 TiO2/Ti光電極的穩(wěn)定催化期為重復(fù)使用30次(約60h)。當(dāng)重復(fù)使用80次左右(約160h)，改性TiO2/Ti光電極催化效率降低至最初的20％左右，需要進(jìn)行再生處理。失活后的改性TiO2/Ti光電極分別采用超聲波清洗2h，UV光照8h后，其光電催化的性能可以恢復(fù)到初始的80％左右。
　　將改性 TiO2/Ti光電極應(yīng)用于處理水中內(nèi)分泌干擾素類物質(zhì)

6、—鄰苯二甲酸二甲酯(DMP)。研究了改性 TiO2/Ti光電極的催化面積、反應(yīng)過程中所加偏壓、光源的功率及反應(yīng)物的初始濃度等因素對改性 TiO2/Ti電極光電催化氧化 DMP的影響，并探討了其反應(yīng)動力學(xué)規(guī)律，建立了準(zhǔn)一級動力學(xué)模型。研究結(jié)果表明：影響改性 TiO2/Ti光電極催化氧化鄰苯二甲酸二甲酯(DMP)的因素由強(qiáng)到弱的順序為：改性 TiO2/Ti光電極的催化面積(A)、光源的功率(W)、鄰苯二甲酸二甲酯(DMP)的初始濃度(C0)

7、、外加偏壓(V)。
　　利用 FP-6500熒光光譜儀對改性 TiO2/Ti光電極降解鄰苯二甲酸二甲酯(DMP)過程中的產(chǎn)生羥基自由基·OH的規(guī)律進(jìn)行研究，用液－質(zhì)聯(lián)機(jī)(LC/MS)對降解鄰苯二甲酸二甲酯(DMP)過程中的中間產(chǎn)物進(jìn)行定性分析，初步探討了鄰苯二甲酸二甲酯(DMP)在 TiO2/Ti光電催化氧化體系中的降解機(jī)理。研究結(jié)果表明：鄰苯二甲酸二甲酯(DMP)在光電催化氧化過程中逐漸脫掉其羧基、羥基等官能團(tuán)，通過斷鍵、開環(huán)等