摻雜金屬陽離子納米TiO2光催化降解水中有機(jī)污染物

1、摻雜金屬陽離子納米TiO2光催化降解水中有機(jī)污染物摘要：通過溶膠凝膠法制備了摻雜Fe3+、Zn2+、u2+的納米級(jí)Ti2，并進(jìn)展了XRD、TE表征，對(duì)染料廢水、苯酚的光催化實(shí)驗(yàn)說明，F(xiàn)e3+、Zn2+、u2+的摻雜能明顯進(jìn)步Ti2，的光催化活性，進(jìn)步了有機(jī)物的降解率.關(guān)鍵詞：摻雜納米Ti2光催化降解有機(jī)污染物Ti2光催化氧化染料廢水、含酚廢水、農(nóng)藥、醫(yī)藥廢水、含油廢水、含外表活性劑、氰化物等廢水均獲得了較好的效果。但是由于Ti2光催化劑本身的一些缺陷，限制了其應(yīng)用。一是其禁帶較寬，只能對(duì)紫外光有響應(yīng)，而且電子和空穴容易復(fù)合，所以催化效率較低；二是Ti2納米粉的回收較為困難，難以循環(huán)使用。對(duì)于上

2、述問題，眾多對(duì)Ti2改性的研究發(fā)現(xiàn)，金屬離子摻雜是進(jìn)步Ti2光催化活性的一種有效手段1，2，3。從化學(xué)觀點(diǎn)看，摻雜金屬離子有利于光生電子和空穴的別離，進(jìn)步其離子效率。此外參雜金屬離子后，Ti2吸收帶也會(huì)發(fā)生紅移，又可使其吸光范圍向可見光區(qū)拓寬，這兩效應(yīng)均可進(jìn)步Ti2的光催化活性。1.儀器及試劑25紫外燈江陰市光電儀器；pHS3精細(xì)pH計(jì)上海雷磁儀器廠BD86型X射線衍射XRD儀日本理光公司；JE100SX型透射電子顯微日本理光公司；自制光化學(xué)反響器；鈦酸丁酯Ti(Bu)4(P)；異丙醇AR。處理的有機(jī)廢水為：某廠提供的染料廢水，其Dr值為925g/L;某廠提供的含酚廢水，其Dr值為280g/L

3、。1.1催化劑的制備將鈦酸丁酯與異丙醇按一定比例混合，用Hl調(diào)節(jié)pH為3左右，將Fe(N3)3溶液、Zn(N3)2溶液、u(N3)2溶液于劇烈攪拌下緩慢滴入上述溶液中30滴/in，控制各組份的摩爾比為：鈦酸丁酯:異丙醇:去離子水:摻雜物質(zhì)=1:2:4:0.005。靜置幾分鐘后呈白色半透明溶膠，80下真空枯燥一段時(shí)間后得到干凝膠粉末，于馬福爐中500下煅燒2h，自然冷卻后在瑪瑙研缽中研磨得到摻雜Fe3+、Zn2+、u2+摩爾百分?jǐn)?shù)均為0.5%的Ti2納米粉末。以去離子水代替摻雜離子的鹽溶液，按上述同樣方法制備未摻雜的Ti2。1.2分析方法有機(jī)物廢水的Dr采用國家環(huán)保局和廢水分析監(jiān)測(cè)方法委員會(huì)主編

4、的?水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法?中的重鉻酸鉀法進(jìn)展測(cè)定。1.3實(shí)驗(yàn)方法光催化降解反響在自制的反響器中進(jìn)展，每次參加一定量的有機(jī)廢水，同時(shí)參加一定量的Ti2光催化劑。反響器套在鋁箔罩中，在25紫外光照射下，可任意調(diào)節(jié)光距，在穩(wěn)定光源條件下反響，隔一定時(shí)間取水樣測(cè)定其Dr值，即可求出在不同反響條件下有機(jī)廢水的Dr去除率。2.結(jié)果與討論2.1光催化劑的表征2.1.1Ti2XRD圖譜分析圖1給出摻雜Fe3+、Zn2+和u2+的Ti2以及未摻雜的Ti2的XRD圖譜。未摻雜Ti2和摻雜Fe3+、Zn2+的Ti2XRD圖譜沒有明顯的區(qū)別，都是單一的銳鈦型；而摻雜u2+的Ti2的XRD圖譜上那么出現(xiàn)了金紅石型的衍射

5、峰，說明u2+的摻雜促進(jìn)了Ti2由銳鈦型向金紅石型轉(zhuǎn)變。在參雜Ti2的XRD圖譜上均未出現(xiàn)Zn2+或Fe3+的衍射峰，說明摻雜離子已進(jìn)入Ti2的晶格。圖1不同摻雜Ti2的XRD圖Fig.1XRDfig.fdifferentdpedTi2(1)undpedTi2;(2)irn-dpedTi2;(3)zine-dpedTi2;(4)pper-dpedTi22.1.2Ti2TE圖譜分析表1列出了TE測(cè)得的所制備的4種Ti2光催化劑的粒徑。未摻雜Ti2的粒徑約為27n，摻雜Fe3+、Zn2+、u2+后Ti2的粒徑都有不同程度地減小，其中摻雜Fe3+最明顯，使Ti2的粒徑減小了14n，同時(shí)由于粒徑減小，

6、摻雜Fe3+的Ti2的分散性能降低，TE觀察到其有明顯的團(tuán)聚現(xiàn)象。表1未摻雜Ti2與摻雜Fe3+、Zn2+和u2+的Ti2的粒徑Table1TheSizefUndpedTi2andIrn,Zine,pper-DpedTi2atalystUndpedTi2Fe3+/Ti2Zn2+/Ti2u2+/Ti2Size(n)271324212.2四種催化劑對(duì)有機(jī)廢水光催化降解效率的比擬取一定量的印染廢水于反響器中廢水的pH為8，四種催化劑投加量均為1g/L，光距為75，反響60in后，測(cè)其Dr值，結(jié)果見表2。表2對(duì)染料廢水Dr去除率的比擬Table2TheparefDrleanrateindyeastea

7、teratalystUndpedTi2Fe3+/Ti2Zn2+/Ti2u2+/Ti2Drbefretreatedg/L925925925925Draftertreated(g/L)255.352.759.278.6Drleaningrate(%)72.494.393.691.5取一定量的含酚廢水與反響器中廢水pH為5.6，四種催化劑投加量均為1g/L,光距為75，反響60in后，測(cè)其Dr值，結(jié)果見表3。表3對(duì)含酚廢水Dr去除率的比擬Table3TheparefDrleanrateinphenlatalystUndpedTi2Fe3+/Ti2Zn2+/Ti2u2+/Ti2Drbefretreat

8、edg/L280280280280Draftertreatedg/L90.0419.321.624.1Drleaningrate(%)65.793.192.391.4表2、表3的結(jié)果說明，在Ti2中摻雜Fe3+、Zn2+和u2+，可大大進(jìn)步有機(jī)物的去除率。這是因?yàn)镕e3+、Zn2+和u2+均為電子承受體，由于Fe3+、Zn2+和u2+對(duì)電子的爭(zhēng)奪，減少了Ti2外表電子空穴對(duì)的復(fù)合，從而使Ti2外表產(chǎn)生了更多的H和2-，使有機(jī)物去除率進(jìn)步較快4。同時(shí)，F(xiàn)e3+可以吸附在Ti2粉體上，產(chǎn)生氧氣高效生成的現(xiàn)象，這也有助于進(jìn)步去除率5。2.3pH值對(duì)含酚廢水降解率的影響廢水的pH值對(duì)于催化劑粒子的外表

9、電荷、極性、粒子大小和狀態(tài)有著一定的影響，因此它對(duì)光催化氧化反響有一定的影響。選用摻Fe3+的Ti2作催化劑，試驗(yàn)條件同上，在不同pH值條件下測(cè)含酚廢水的Dr去除率，其結(jié)果如圖2所示。圖2中取樣點(diǎn)的pH值分別為2、3、4、5、6、7、8、9、10。從圖2可以看出，廢水偏酸或偏堿性都能進(jìn)步Dr去除率。值得一提的是，當(dāng)溶液的pH值大于10或小于1時(shí)，懸浮液無法別離這是由于溶液pH值能改變Ti2顆粒外表的電荷，從而改變顆粒在溶液中的分散情況。當(dāng)溶液pH值接近Ti2等當(dāng)點(diǎn)時(shí)，由于范德華力的作用，顆粒之間容易團(tuán)聚形成大顆粒。在水中Ti2的等當(dāng)點(diǎn)大約是pH=36，當(dāng)懸浮液pH值遠(yuǎn)離等當(dāng)點(diǎn)時(shí)，由于顆?；ハ嚅g

10、的排擠力，粒子在溶液中的分散性很好，去除率也更高。根據(jù)光催化氧化的反響機(jī)理，H可以有不同的來源，高pH值條件下，H易通過H-直接遷移至光活性的Ti2外表，進(jìn)而俘獲光生空穴而產(chǎn)生；低pH值條件下，H易通過H+與被吸附2-系列結(jié)合，在形成H22的根底上進(jìn)一步反響生成，而許多研究認(rèn)為，H-更易通過后一種途徑產(chǎn)生7，8。3.結(jié)論通過凝膠溶膠法合成摻雜Fe3+、Zn2+和u2+的納米級(jí)Ti2，對(duì)水中有機(jī)污染物光催化實(shí)驗(yàn)及理論分析說明，在Ti2中摻雜Fe3+、Zn2+和u2+3種金屬陽離子將會(huì)使光催化的效果增強(qiáng)。同時(shí)，水體pH值的升高或降低對(duì)光催化降解有促進(jìn)作用。光催化氧化技術(shù)作為一種新興的水處理技術(shù)，具

11、有氧化徹底、節(jié)能、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)，二氧化鈦懸浮體系中，二氧化鈦具有較好的混合狀態(tài)，因此具有較高的去除率。參考文獻(xiàn)【1】陳曉青，楊娟玉，蔣新宇等。摻鐵Ti2納米微粒的制備及光催化性能J。應(yīng)用化學(xué)，2022,20(1):7376【2】hi.，TerinA.，Hffa.R.TheRlefetalInDpantsQuantu-sizedTi2：rrelatinBeteenPht-reativityandhargearrierRebinatinDynais.J.Phys.he.1994.98，13691379【3】Gratzel.，RusellF.H.EletrnparaagnetiResnaneSt

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