摻雜型TiO2顆粒光催化處理廢水性能分析

1、    摻雜型tio2顆粒光催化處理廢水性能分析    何添銘+張卓夫+宋建摘 要：概括了工業(yè)廢水處理的特點，分析了tio2光催化活性的因素和改性二氧化鈦在光催化氧化性能和效果。關(guān)鍵詞：tio2；摻雜；光催化；廢水處理doi：10.16640/ki.37-1222/t.2017.08.0031 前言由于工業(yè)生產(chǎn)中含有大量的苯系、萘系、苯胺及聯(lián)苯等有機化合物，而且在生產(chǎn)工藝過程中多與金屬纖維等物質(zhì)接觸，使廢水具有toc、cod高，色度大，化學(xué)成份復(fù)雜等特點。但是未經(jīng)處理或預(yù)處理的紡織、造紙、塑膠、皮革、食品及化妝品工業(yè)中含有難生物降解的廢水，在生化處理方面

2、存在著運營成本高，cod去除率低的問題。在上世紀70年代人們發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體材料具有光催化性能以來，由于二氧化鈦具有極高的降解效率和穩(wěn)定性，因此，二氧化鈦已被廣泛用于作為催化劑在各種過程，如水凈化，或其他三廢處理上1。2 影響tio2光催化活性的因素2.1 tio2的晶體結(jié)構(gòu)tio2具有銳鈦礦型、金紅石型、板鈦礦晶型，因為板鈦礦晶型熱穩(wěn)定性差，幾乎不具有光催化活性，因而研究價值很低。大部分情況下銳鈦礦型的tio2光催化活性更高，但在銳鈦礦型、金紅石型共存的情況下會比單一晶型的光催化活性更高。li等人2發(fā)現(xiàn)，二氧化鈦表面存在銳鈦礦和金紅石的混合晶相時，其光催化活性得到很大提高，在光催化制氧的反應(yīng)中，具

3、有混晶結(jié)構(gòu)的tio2的產(chǎn)氧速度最大可比純金紅石相tio2快近3倍。2.2 晶粒尺寸晶體尺寸的大小直接影響光催化反應(yīng)的效率，粒徑越小，催化劑比表面積越大，光吸收效率越高，小粒子的銳鈦礦型tio2在有機物的光催化降解反應(yīng)中活性較高，而大粒子的金紅石型tio2則更適于光解水反應(yīng)的進行3.4。弓瑩等5指出1%的la摻雜在tio2里能使催化劑的比表面積增加，具有介孔結(jié)構(gòu)。3 改性二氧化鈦光催化劑的研究3.1 稀有金屬鑭摻雜tio2的研究稀土金屬的電子結(jié)構(gòu)較為豐富，用稀土元素改性的tio2能夠通過較大的軌道半徑，引起晶格缺陷改變價帶結(jié)構(gòu)，降低光生電子空穴對的復(fù)合速率最終提高tio2的光催化活性。水淼 6等

4、認為當(dāng)la摻雜量低于0.8%時摻雜量越高越好，鑭進入了tio2晶格中引起了晶格膨脹，改善了tio2的光活性，經(jīng)過600處理的摻鑭的tio2對亞甲基藍的降解率為58.9%，并且比經(jīng)過同等條件處理過的純tio27。3.2 非金屬元素氮摻雜tio2的研究n元素是目前摻雜在tio2中非金屬元素最熱門的一種元素，有研究8表明由于n的摻雜在價帶中產(chǎn)生的雜質(zhì)能級導(dǎo)致了tio2的吸收帶邊紅移。石建穩(wěn) 9指出適量氮的摻雜可以提高tio2的可見光利用率。3.3 鑭-氮共摻雜tio2的研究綜合了兩種元素的優(yōu)點，使tio2具有吸收帶紅移的同時獲得光生電子和空穴復(fù)合速率低的特點。n的加入促進了樣品中 tio2由銳鈦礦相

5、向金紅石相的轉(zhuǎn)變，而la摻雜能強烈抑制樣品中tio2由銳鈦礦相向金紅石相的轉(zhuǎn)變，與n的摻雜促進相變轉(zhuǎn)化的不利因素相抵消，對保持具有較高催化活性的銳鈦礦型tio2，提高光催化性能有積極的作用10明la和n共摻雜引起銳鈦礦 tio2能帶結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大變化，tio2的禁帶寬度變窄，提高了太陽能利用率11。la-n共摻雜tio2對孔雀石綠的降解率是未摻雜的1.8倍12。共摻雜處理染料活性比未摻雜或單一元素摻雜的tio2更好，處理效果也更好13。4 結(jié)論與未來展望隨著對光催化的各種因素的研究，改性tio2在污廢水方面發(fā)揮了極大的優(yōu)勢，無論是在理論層面還是在應(yīng)用層面上都得到了極大的發(fā)展。但是光催化技術(shù)還存

6、在這光生電子空穴對分離率低、太陽能利用率低、耗能高、處理廢水效率不高等缺點。所以對tio2改性以提高光催化效率和可見光利用率是解決這一問題的有效途徑。參考文獻：1monika wawrzkiewicz， adsorptive removal of acid， reactive and direct dyes from aqueoussolutions and wastewater using mixed silica-alumina oxide，2015（05）：306-315，powder technology.2zhang，j，xu，q.；feng，z.；li，m.；li，c.import

7、ance of the relationship between surface phases and photocatalytic activity of tio2.angewandte chemie-lnternational edition 2008，47（09）1766-1769.3iskandar，f.；nandiyanto，a.b.d.；yun，k.m.；hogan，c.j.jr.；okuyama，k.；biswas，p.enhanced photocatalytic performance of brookite tio2 macroporous particles by spr

8、ay drying with colloidal templating.adv.mater，2007（19）1408-1412.4kandiel，t.a.：feldhoff，a.：robben，l.：dillert，r.；bahnemann，d.w.tailored titanium dioxide nanomaterials：anatase nanopartieles and brookit nonorods as highly active photoeatalysts.chem.matter：2010（22）2050-2060.5弓瑩.鑭摻雜tio2的制備及其光催化性能研究j.化工新型材料，2016，44（07）：197-201.6水淼.稀土鑭摻雜二氧化鈦的光催化特性j.物理化學(xué)學(xué)報，2000，16（05）：459-463.7薛蒙偉.鑭摻雜對tio2光催化降解亞甲基藍溶液性能影響j.化工時刊，2005，19（11）：6-8.8張瑾.n、la共摻雜tio2的微觀結(jié)構(gòu)及性能j.功能材料，2013，5（44）：627-631.9石建穩(wěn).多種光源下氮摻雜tio2光催化降解染料廢水的研究j.工業(yè)水處理，2010，30（09）：50-53.10齊蕾.氮摻雜tio2光催化劑的制備改性及光催化性能研究d.北京：中國石油大學(xué)，2006.11周曉.金屬離子與非金屬離子共摻雜tio2