改性納米二氧化鈦的制備、表征及其對(duì)染料廢水的光催化行為研究.pdf

1、染料廢水是工業(yè)廢水的主要來源，其水量大，濃度高，成分復(fù)雜，色度深，鹽度高，毒性強(qiáng)，難生化降解，治理合格率低，是國內(nèi)外公認(rèn)的難處理的工業(yè)廢水，也是目前人們研究的熱點(diǎn)之一。 光催化氧化是一種綠色高效的高級(jí)氧化技術(shù)。非均相光催化常用的催化劑是納米二氧化鈦，可用于染料廢水的處理。但是，基于納米TiO2的光催化作用一般在液.固相和氣.固相進(jìn)行，存在催化劑的流失和難以回收的問題，TiO2的固載化是解決催化劑分離回收以及氣相夾帶的有效途徑。

2、納米TiO2固載主要包括催化劑載體的選擇和固載技術(shù)的研究。由于TiO2對(duì)光的吸收僅限于紫外光區(qū)，對(duì)于可見光或太陽光的吸收利用率很低。提高光能利用效率的關(guān)鍵在于突破催化劑的禁帶寬度，使其響應(yīng)光譜向可見光擴(kuò)展。對(duì)TiO2的光敏化是延伸其激發(fā)波長(zhǎng)的一個(gè)重要手段。 課題選用鈦酸鹽晶須、凹凸棒土、空心微珠、漂珠等材料為載體，以銳鈦型納米TiO2作為基體，依托TiO2高強(qiáng)機(jī)械性能、熱穩(wěn)定性能、小尺寸效應(yīng)、紫外光響應(yīng)及高吸附性能的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合

3、雜多酸具有紫外光響應(yīng)特性以及酞菁配合物的Q帶光吸收性質(zhì)，將雜多酸或金屬酞菁配合物修飾于TiO2表面，對(duì)TiO2進(jìn)行負(fù)載和光敏化改性，制備多元復(fù)合型光催化材料，實(shí)現(xiàn)新材料對(duì)光譜響應(yīng)的紅移，拓展材料對(duì)光吸收的范圍和應(yīng)用空間。利用X-射線衍射光譜、掃描電子顯微鏡、X-射線能量色散光譜、紫外.可見漫反射等手段進(jìn)行產(chǎn)品性能表征。在光化學(xué)反應(yīng)儀中，用若干種染料為底物考察產(chǎn)品的光催化性能。主要內(nèi)容包括： (1)納米二氧化鈦的固載化研究以四鈦

4、酸鉀晶須為載體，用溶膠.凝膠法制備負(fù)載型光催化劑TiO2/K2Ti4O9。能量色散譜圖顯示，鈦酸鉀晶須的能譜峰以Ti、O、K為主，而包覆后則以Ti、O為主，K的譜峰已消失，說明晶須表面已被包覆上TiO2。XRD圖譜中出現(xiàn)了與銳鈦型TiO2的特征峰相吻合的衍射峰。在紫外光照射下，當(dāng)羅丹明B濃度為8mg·L-1時(shí)，加入0.01g·L-1的TiO2/K2Ti4O9，在160min之內(nèi)，TiO2/K2Ti4O9對(duì)羅丹明B的脫色率達(dá)到95％以上，

5、比TiO2單獨(dú)處理提高了0.50倍以上。 以凹凸棒土為載體，用溶膠.凝膠法制備負(fù)載型光催化劑TiO2/凹凸棒土。x-射線衍射譜圖顯示，產(chǎn)品表面的衍射峰與銳鈦型TiO2的特征峰相吻合。EDS圖譜顯示，其表面包覆良好。在紫外光照射下，在30min之內(nèi)，TiO2/凹凸棒土對(duì)亞甲基藍(lán)的脫色率達(dá)到90％以上。 以空心微珠為載體，用溶膠.凝膠法制備負(fù)載型光催化劑TiO2/空心微珠。在紫外光照射下，以孔雀綠為底物進(jìn)行光催化性能研究

6、。空心微珠經(jīng)二氧化鈦負(fù)載后對(duì)紫外光有較強(qiáng)響應(yīng)，有較好的紫外光催化效果。實(shí)驗(yàn)條件下，TiO2/空心微珠對(duì)底物的脫色率達(dá)70％以上。 以上實(shí)驗(yàn)表明，用鈦酸鹽晶須、凹凸棒土、空心微珠作為催化劑載體對(duì)TiO2進(jìn)行固載化是可行的。 (2)二氧化鈦?zhàn)贤夤饷艋饔醚芯恳粤佀徕浘ы殲檩d體，以硅鎢酸為修飾劑，用溶膠一凝膠.浸漬法制備修飾型復(fù)合光催化劑H4SiW12O40/TiO2/K2Ti6O13。UV-vis漫反射圖譜顯示H4Si

7、W12O40/TiO2/K2Ti6O13對(duì)紫外光的響應(yīng)增強(qiáng)，有較高的光催化活性，實(shí)驗(yàn)條件下對(duì)孔雀綠的脫色率達(dá)80％以上。 以三鈦酸鈉晶須為載體，以磷鎢酸為修飾劑，用溶膠.凝膠.浸漬法制備復(fù)合光催化劑H3PW12O40/TiO2/Na2Ti3O7。XRD譜圖表明產(chǎn)品的包覆情況良好，TiO2為銳鈦晶型，磷鎢酸為Keggn結(jié)構(gòu)。UV-Vis光譜顯示產(chǎn)品的紫外光響應(yīng)增強(qiáng)。與 TiO2/Na2Ti3O7相比，H3PW12O40/TiO2

8、/Na2Ti3O7對(duì)底物的脫色率提高了18.3％(10min時(shí))至33.4％(50min時(shí))。 以漂珠為載體，以磷鎢酸為修飾劑，用溶膠-凝膠-浸漬法制備輕質(zhì)修飾型復(fù)合光催化劑H3PW12O40/TiO2/漂珠。結(jié)果表明，復(fù)合光催化劑H3PW12O40/TiO2/漂珠對(duì)紫外光的響應(yīng)增強(qiáng)，光催化活性提高。以剛果紅為底物進(jìn)行光解催化實(shí)驗(yàn)，反應(yīng)70 min后剛果紅的降解率達(dá)到90％。 (3)二氧化鈦可見光敏化作用研究以四鈦酸

9、鉀晶須為載體，以磺化酞菁鈷為修飾劑，用溶膠.凝膠.浸漬法制備修飾型復(fù)合光催化劑CoPcS/TiO2/K2Ti4O9。結(jié)果表明在423K灼燒所得樣品的光吸收發(fā)生顯著紅移，特別是在600-680nm之間有強(qiáng)的吸收。X-射線衍射圖譜表明，樣品中。TiO2依然保持銳鈦晶型。在可見光照射下，以活性艷紅X-3B為模擬污染物進(jìn)行光催化降解試驗(yàn)，與TiO2/K2Ti4O9相比，CoPcS/TiO2/K2Ti4O9對(duì)底物的脫色率大幅提高，在5小時(shí)之內(nèi)達(dá)到

10、85％。 以三鈦酸鈉晶須為載體，以三核酞菁鈷磺酸鹽為修飾劑，用溶膠-凝膠-浸漬法制備修飾型復(fù)合光催化劑td-CoSPc/TiO2/Na2Ti3O7。UV-vis漫反射光譜表明，tri-CoSPc/TiO2/Na2Ti3O7的吸收光譜發(fā)生了紅移，光響應(yīng)范圍擴(kuò)展至400nm以上的可見光區(qū)，尤其在600-700nm之間有強(qiáng)的吸收。以孔雀綠為底物，以tri-CoSPc/TiO2/Na2Ti3O7為催化劑，進(jìn)行染料污染物光催化降解試驗(yàn)。